CN112993445A - 用来对于电池组的温度调节装置进行诊断的方法 - Google Patents

用来对于电池组的温度调节装置进行诊断的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用来对于电池组（10）的温度调节装置（30）进行诊断的方法，该电池组包括多个电池单池（20）以及用于测量各个电池单池（20）的温度的多个温度传感器，其中，所述电池单池（20）沿着电池组（10）的纵向方向（12）在电池组（10）中彼此相邻地布置，并且相互机械地连接，并且其中，所述电池单池（20）布置在温度调节装置（30）上，并与此温度调节装置机械地及热地连接。此外，本发明涉及一种用于执行根据本发明的方法的电池管理系统。本发明也涉及一种电池组，该电池组用于执行根据本发明的方法，和/或包括根据本发明的电池管理系统。本发明还涉及一种包括至少一个根据本发明的电池组的车辆。

Description

用来对于电池组的温度调节装置进行诊断的方法
技术领域
本发明涉及一种用来对于电池组的温度调节装置进行诊断的方法，该电池组包括多个电池单池以及多个用于测量各个电池单池温度的温度传感器，其中，所述电池单池沿着所述电池组的纵向方向在该电池组中彼此相邻地布置，并且相互机械地连接，并且其中，所述电池单池被布置在所述温度调节装置上，并且与此温度调节装置机械地以及热地连接。
此外，本发明涉及一种被设置用于执行根据本发明的方法的电池管理系统。
本发明也涉及一种电池组，该电池组被设置用于执行根据本发明的方法，和/或该电池组包括根据本发明的电池管理系统。
此外，本发明涉及一种包括至少一个根据本发明的电池组的车辆。
背景技术
显而易见的是，在未来将越来越多地使用电驱动的机动车。在这样的电动车辆中，可充电电池主要用于向电驱动装置供应电能。锂离子电池单池特别适合于这类应用。此外，锂离子电池单池的主要特点是高能量密度、热稳定性以及极少的自放电。锂离子电池单池在功能安全性方面有很高的要求。锂离子电池单池的不当操作可能导致放热反应，直至起火和/或排气。
电池组包括多个这样的锂离子电池单池：该锂离子电池单池能够不仅串联地而且并联地电地相互连接。此外，这种的电池组包括一管理系统，该管理系统监视并且这样地来控制所述电池单池的运行：使得该电池单池在其使用寿命方面安全地并且可持续地运行。
为了能够可持续地运行电池组的电池单池，获取各个电池单池的当前的状态参数是不可缺少的。此状态参数包括不同的参数，例如荷电状态、老化状况、内阻、容量、温度以及电压。
发明内容
提出了一种用来对于电池组的温度调节装置进行诊断的方法。
在此，所述电池组包括多个电池单池，该电池单池沿着该电池组的纵向方向在电池组中彼此相邻地布置，并且相互机械地连接。所述电池单池布置在温度调节装置上，并且与此温度调节装置机械地以及热地连接。
此外，所述电池组包括多个温度传感器，用于测量各个电池单池的温度。
优选地，所述电池单池被分别构造为锂离子电池单池。优选地，所述电池单池分别被棱柱形地构造。
在根据本发明的方法的流程中，首先确定了所述电池组的沿着该电池组的纵向方向的额定温度分布。在此，该额定温度分布取决于电池组的结构。该额定温度分布可以例如借助于在电池组上的或在车辆上的实验来测定，该额定温度分布在整个寿命期间是可预期的。在此假设：边界条件（例如电池组的结构和支撑（Verbau））不发生改变。在单池上的此温度分布在整个寿命期间保持相同。例如，当电池组被强烈使用时，在具有最高的与最低的温度的单池之间的温度梯度最大。如果电池组处于热松弛状态（thermisch relaxiert），则温度差等于零。由此得出的是，温度分布在原则上始终保持相同，只有在电池组工作期间所述温度差的幅度发生变化。
在此，所述额定温度分布能够沿着电池组的纵向方向具有这种分布形式：当温度调节装置接通时，电池组中的温度从电池组的中间区域向电池组的各个边缘区域下降。换句话说，电池组中的温度从电池组的中间区域根据电池组的中间区域与单个电池单池的位置之间的距离而下降。距离越大，单个电池单池的温度就越低。此分布形式能够通过电池组的结构来调节。最大的与最小的单池温度之间的（也就是说电池组的边缘区域与中间区域之间的）温度梯度可以例如通过在电池组的中央的更强烈的冷却来实现最小化。
接下来在运行电池组时，当接通了所述温度调节装置时测量了各个电池单池的温度。 在此，借助于各个电池单池的所测量的温度而形成了所述电池组的沿着该电池组的纵向方向的实际温度分布。
然后，将实际温度分布与额定温度分布进行了比较。在此形成了实际温度分布与额定温度分布之间的差异的变化曲线。
接下来，如果实际温度分布与额定温度分布之间的差异超过了预先给定的阈值，那么就确定了温度调节装置的低效的温度调节状态。优选地，可以调节所述预先给定的阈值。在此，所述低效的温度调节状态可能由于在电池单池与温度调节装置之间的连接的老化、电池单池的高温、事故或材料缺陷而引起。所述阈值可以例如借助于在实验室或车辆中的试验来确定。为此可以对功能正常的或者有缺陷的电池组进行分析。利用功能正常的电池组，能够获取所述温度的正常的散布。利用有缺陷的电池组，能够测定相对于正常行为的偏差。如果电池单池脱离所述冷却，则此电池单池可能例如比以前多加热10°C。
优选地，确定了一个或多个低效地通过所述温度调节装置来调节温度的电池单池。低效地通过温度调节装置来调节温度的电池单池分别具有比预期更高的温度。借助于在实际温度分布与额定温度分布之间的差异的变化曲线确定了此电池单池。
优选地，借助于用来监视和控制所述电池组的电池管理系统来实施所述根据本发明的方法。也可以设想的是，通过其它的控制器——例如车辆的控制器（VCU，英文是Vehicle Control Unit）——来实施所述根据本发明的方法。
优选地，在确定了所述温度调节装置的低效的温度调节状态之后，和/或在确定了一个或多个无效地通过温度调节装置来调节温度的电池单池之后，引入一维护措施，以便例如调查和检查在各自的电池单池与温度调节装置之间的连接位置是否损坏，或者温度调节装置是否损坏。
优选地，通过调节所述温度调节装置的温度调节功率、和/或该温度调节装置的结构的布设来调节沿着电池组的纵向方向的额定温度分布。所述温度调节装置的温度调节功率可以例如通过温度调节介质的流速的变化来调节。所述温度调节装置的结构可以例如这样设计，使得与在温度调节装置的各个边缘区域中相比，在温度调节装置的中间区域中流过更大量的温度调节介质。由此实现了额定温度分布的均匀的分布形式。
优选地，所述电池单池材料锁合地与温度调节装置机械地以及热地连接。在此，所述电池单池可以借助于熔焊（Verschweißen）、钎焊（Löten）或胶合来与温度调节装置机械地以及热地连接。
优选地，所述电池单池分别通过正好一个温度传感器来监视。有利地，能够精确地确定被低效地调节温度的电池单池的位置。如果多个电池单池被低效地调节温度，则能够确定各个所述电池单池的位置。但是也可能的是，每两个电池单池一起用一个温度传感器来监视。
有利的是，所述温度调节装置具有管道形状的结构，该管道形状的结构用于输送温度调节介质，例如水。
有利的是，所述温度调节装置被构造为帕尔帖-元件。帕尔帖-元件是一种热电转换器，该热电转换器在帕尔帖-效应的基础上在温差的电流通流时或者在温差时产生电流。帕尔帖-元件不仅可以用于冷却，而且可以在电流方向倒转时用于加热。
此外提出一种电池管理系统，该电池管理系统被设置用于执行根据本发明的方法。
也提出一种电池组，该电池组被设置用于执行根据本发明的方法，和/或该电池组包括根据本发明的电池管理系统。
此外提出一种包括至少一个根据本发明的电池组的车辆。
本发明的优点
利用根据本发明的方法，能够相对容易地并且精确地测定电池组的温度调节装置的低效的温度调节状态。所述根据本发明的方法使得确定下述位置成为可能：在该位置上电池单池与温度调节装置之间的热连接变差。如果在多个位置上所述热连接都变差了，那么也可以借助于根据本发明的方法来确定所述多个位置。有利的是，在确定了所述温度调节装置的低效的温度调节状态之后，和/或在确定了一个或多个无效地通过温度调节装置来调节温度的电池单池之后，可以利用所述根据本发明的方法引入一维护措施，以便例如调查和检查：在各自的电池单池与温度调节装置之间的连接位置是否损坏，或者温度调节装置是否损坏。
附图说明
本发明的实施方式借助于附图以及下述说明来进一步地解释。
附图示出了：
图1 根据本发明的方法的流程图，以及
图2 电池组的示意性的图示。
具体实施方式
在接下来的对于本发明的实施方式的描述中，相同的或相似的元件用相同的附图标记来表示，其中，在个别情况下省略这些元件的重复描述。附图仅示意性地示出了本发明的主题。
图1示出了根据本发明的方法的流程图100，用于对于电池组10（参见图2）的温度调节装置30（参见图2）进行诊断，它包括多个电池单池20（参见图2）以及用于测量各个电池单池20的温度的多个温度传感器。
首先，在第一步骤101中确定了电池组10的沿着该电池组10的纵向方向12（参见图2）的额定温度分布。
接下来在第二步骤102中，在运行电池组10时，当接通温度调节装置30时，测量了各个电池单池20的温度。在此，借助于各个电池单池20的所测量的温度而形成了所述电池组10的、沿着该电池组10的纵向方向12的实际温度分布。
然后，在步骤103中将实际温度分布与额定温度分布进行比较。在此形成了实际温度分布与额定温度分布之间的差异的变化曲线。
随后在步骤104中，如果实际温度分布与额定温度分布之间的差异超过了预先给定的阈值，那么就确定了温度调节装置30的无效的或者低效的温度调节状态。优选地，可以调节所述预先给定的阈值。
然后，在步骤105中确定了一个或多个无效地通过温度调节装置30来调节温度的电池单池20。无效地通过温度调节装置30来调节温度的电池单池20具有比预期更高的温度。借助于实际温度分布与额定温度分布之间的差异的变化曲线确定了此电池单池20。
优选地，借助于用来监视和控制所述电池组10的电池管理系统来实施所述根据本发明的方法。也可以设想的是，通过其它的控制器、例如车辆的控制器（VCU，英文：VehicleControl Unit）来实施所述根据本发明的方法。
优选地，在确定了所述温度调节装置30的无效的温度调节状态之后，和/或在确定了一个或多个无效地通过温度调节装置30来调节温度的电池单池20之后，引入一维护措施，以便例如调查和检查：在各自的电池单池20与温度调节装置30之间的连接位置是否损坏，或者温度调节装置30是否损坏。
在图2中示意性地示出了电池组10。
在此，该电池组10包括多个电池单池20。在图2中展示了九个电池单池20，即，从右方观察，第一电池单池21至第九电池单池29。在此，所述电池单池20,21至29沿着电池组10的纵向方向12在电池组10中并排地布置，并且相互机械地连接。所述电池单池20,21至29布置在温度调节装置30上，并且借助于胶合层40与此温度调节装置机械地以及热地连接。
在此，所述电池单池20,21至29也可以借助于熔焊（Verschweißen）或钎焊（Löten）与温度调节装置30机械地以及热地连接。
所述电池单池20,21至29被分别构造为锂离子电池单池，并且棱柱形地构造。
在此，所述温度调节装置30具有管道形状的结构（未示出），该管道形状的结构用于输送温度调节介质，例如水。在此，所述温度调节装置30具有用于供应所述温度调节介质的供应接头31以及用于排出该温度调节介质的排放接头32。
也可以设想的是，所述温度调节装置30被构造为帕尔帖-元件（Peltier-Element）。
对于在图2中所示出的电池组10而言，确定了具有这种分布形式的额定温度分布：当温度调节装置30接通时，电池组10中的温度从电池组10的中间区域向电池组10的各个边缘区域14下降。在本实施方式中，布置在电池组10的中间区域中的第五电池单池25具有在电池组10中的最高温度。
此外，所述电池组10包括多个温度传感器（未示出），用于测量各个电池单池20,21至29的温度。优选地，所述电池单池20,21至29分别通过正好一个温度传感器来监视。
在运行所述电池组10时，当接通所述温度调节装置30时测量了各个电池单池20,21至29的温度。借助于各个电池单池20,21至29的所测量的温度而形成了所述电池组10的沿着该电池组10的纵向方向12的实际温度分布。
然后，实际温度分布与额定温度分布之间的差异的变化曲线通过将实际温度分布与额定温度分布进行比较而形成。
在图2中可以看出，所述胶合层40在第三电池单池23与温度调节装置30之间的区域中具有缺陷50，它致使在第三电池单池23与温度调节装置30之间的热连接变差。在此，所述缺陷50可能由于所述胶合层40的老化、电池单池20,21至29的高温、事故或材料缺陷而引起。在这种情况下，较少的热量从第三电池单池23被传递到温度调节装置30上，或者从温度调节装置30被传递到第三电池单池23上，并且第三电池单池23具有比预期更高的温度。
借助于实际温度分布与额定温度分布之间的差异的变化曲线，描述了第三电池单池23的所测量温度与从电池组10的额定温度分布中所得出的温度之间的差异。
如果第三电池单池23的所测量的温度与从电池组10的额定温度分布中所得出的温度之间的差异超过了预先给定的阈值，那么就确定了温度调节装置30的无效的温度调节状态。
如果所述电池单池20,21至29分别通过正好一个温度传感器来监视，那么就能够确定下述位置：在该位置上第三电池单池23与温度调节装置30之间的热连接变差。
本发明不限于这里所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规定的范围之内，在本领域技术人员的行为的范围内的大量的变型方案是可能的。

Claims (10)

1. 用来对于电池组（10）的温度调节装置（30）进行诊断的方法，该电池组包括多个电池单池（20）以及用于测量各个电池单池（20）的温度的多个温度传感器，
其中，所述电池单池（20）沿着电池组（10）的纵向方向（12）在电池组（10）中彼此相邻地布置，并且相互机械地连接，并且
其中，所述电池单池（20）布置在温度调节装置（30）上，并且与此温度调节装置机械地以及热地连接，
包括以下步骤：
- 确定所述电池组（10）的沿着该电池组（10）的纵向方向（12）的额定温度分布；
- 在运行电池组（10）时，当接通所述温度调节装置（30）时，测量各个电池单池（20）的温度，并且借助于各个电池单池（20）的所测量的温度而形成所述电池组（10）的沿着该电池组（10）的纵向方向（12）的实际温度分布；
- 将所述实际温度分布与额定温度分布进行比较，并且形成所述实际温度分布与额定温度分布之间的差异的变化曲线；
- 如果所述实际温度分布与额定温度分布之间的差异超过了预先给定的阈值，那么就确定了所述温度调节装置（30）的低效的温度调节状态。
2.根据权利要求1所述的方法，包括另外的步骤：
- 借助于在所述实际温度分布与额定温度分布之间的差异的变化曲线，来确定一个或多个低效地通过所述温度调节装置（30）来调节温度的电池单池（20）。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述额定温度分布通过对于所述温度调节装置（30）的温度调节功率所进行的调节和/或对于该温度调节装置（30）的结构所进行的布设来调节。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
所述电池单池（20）材料锁合地与所述温度调节装置（30）机械地以及热地相连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，
所述电池单池（20）分别通过正好一个温度传感器来监视。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，
所述温度调节装置（30）具有管道形状的结构，用于输送温度调节介质。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，
所述温度调节装置（30）被构造为帕尔帖-元件。
8.电池管理系统，该电池管理系统被设置用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
9.电池组（10），该电池组被设置用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法，和/或该电池组包括根据权利要求8所述的电池管理系统。
10.车辆，包括至少一个根据权利要求9所述的电池组（10）。
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