CN113193242A - 用于运行电池组的方法和电池组 - Google Patents

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CN113193242A CN202110119024.9A CN202110119024A CN113193242A CN 113193242 A CN113193242 A CN 113193242A CN 202110119024 A CN202110119024 A CN 202110119024A CN 113193242 A CN113193242 A CN 113193242A
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Abstract

本发明涉及一种用于运行电池组（7）的方法，所述电池组具有多个电池单池（2）和一个用于对所述电池单池（2）进行监控和控制的管理系统（30）。本发明也涉及一种电池组（7），该电池组包括多个电池单池（2）和一个用于对所述电池单池（2）进行监控和控制的管理系统（30），所述管理系统被设立用于执行所述按本发明的方法。

Description

用于运行电池组的方法和电池组
技术领域
本发明涉及一种用于运行尤其是机动车中的电池组的方法，所述电池组包括多个电池单池和一个用于对所述电池单池进行监控和控制的管理系统，其中对电池单池中的每个电池单池的至少一个状态参量进行测量。本发明也涉及一种电池组，该电池组包括多个电池单池和一个用于对电池单池进行监控和控制的管理系统，所述管理系统被设立用于执行所述按本发明的方法。
背景技术
已经表明，在将来会越来越多地使用用电来驱动的机动车。在这样的电动车中使用能充电的电池，以主要用于向电动的驱动机构供给电能。尤其锂离子电池单池适合于这样的应用。锂离子电池单池的突出之处尤其在于高的能量密度、热稳定性和极小的自放电。锂离子电池单池在功能安全性方面具有高的要求。锂离子电池单池的不正确的运行可能导致放热反应乃至起火和/或脱气。
电池组包括多个这样的锂离子电池单池，所述锂离子电池单池在电方面不仅能够彼此串联而且能够彼此并联。此外，这样的电池组包括管理系统，所述管理系统对电池单池的运行进行监控并且如此对其进行控制，使得所述电池单池在其使用寿命期间安全并且持久地运行。
由电池组的管理系统为每个电池单池测量或者查明当前的状态参量。这些状态参量包括不同的参数、像比如充电状态、老化状态、内阻、电容、温度以及电压。
随着老化状态的增加，电池单池的性能变差。已经知道，相同的电池组中的电池单池的老化状态并非强制地均匀地显露。由此，可能在电池组中存在具有显著不同的老化状态的电池单池。电池组的性能在此通常受到具有最高的老化状态的电池单池的限制。同样知道，电池单池的老化状态更加严重地增加，如果在预先给定的最佳的温度范围之外运行所述电池单池。
由US 2015/0258897 A1已知一种用于电动车的电池系统，该电池系统包括多个电池单池。设置了检测单元，所述检测单元采集数据、像比如电流以及总电压。要计算另外的数据、像比如充电状态。而后根据这些数据来识别最差的电池单池。
发明内容
提出一种用于运行尤其机动车中的电池组的方法。所述电池组在此具有多个电池单池，所述电池单池在电方面不仅能彼此串联而且能彼此并联。所述电池组也具有用于对电池单池进行监控和控制的管理系统。
按照所述方法，首先测量或者估计所述电池组的电池单池中的每个电池单池的至少一个状态参量。为此，所述电池组具有合适的传感器，借助于所述传感器能够测量各个电池单池的相应的状态参量。
随后将所述电池组的各个电池单池的所测量的或所估计的状态参量彼此进行比较。由此确定，是否并且在何种程度上所述电池组的各个电池单池的所提到的状态参量偏离彼此。
随后对所述电池组的以下电池单池进行标记，所述电池单池的状态参量具有电池单池的状态参量的最大值或最小值。所标记的电池单池的所提到的状态参量因此偏离所述电池组的其余电池单池的相应的状态参量。
也要检查，所标记的电池单池的所提到的状态参量有多严重地偏离所述电池组的其余电池单池的相应的状态参量。尤其要检查，所标记的电池单池的所提到的状态参量是否以大于预先给定的阈值的幅度偏离所述电池组的其余电池单池的相应的状态参量。
而后将所标记的电池单池在电方面与所述电池组的其余电池单池分开，如果其状态参量以大于预先给定的阈值的幅度偏离所述电池组的其余电池单池的状态参量。
按照本发明的一种有利的设计方案，在所述电池组的电池单池中的每个电池单池中所估计的至少一个状态参量是电池单池的老化状态。所述电池单池的较小的老化状态在此相应于电池单池的良好的性能，并且所述电池单池的较高的老化状态相应于电池单池的较差的性能。
在测量之后，将所述电池组的各个电池单池的所估计的老化状态彼此进行比较。由此确定，是否并且在何种程度上所述电池组的各个电池单池的所估计的老化状态偏离彼此。
随后对所述电池组的以下电池单池进行标记，所述电池单池的所估计的老化状态具有所述电池单池的所估计的老化状态的最大值。所标记的电池单池的老化状态因此高于所述电池组的其余电池单池的所估计的老化状态。由此，所标记的电池单池具有所述电池组的电池单池的最差的性能。电池单池的老化状态（SoH
Figure DEST_PATH_IMAGE002
State of Health）比如取决于电池单池的使用寿命以及所经历的充电及放电周期的数目、内阻以及阻抗。因此，为了估计电池单池的老化状态，大量信息要进入到所述估计之中。
也要检查，所标记的电池单池的所估计的老化状态有多严重地偏离电池组的其余电池单池的所估计的老化状态。尤其要检查，所标记的电池单池的所估计的老化状态是否以大于预先给定的阈值的幅度偏离所述电池组的其余电池单池的所估计的老化状态。
所述电池组的所标记的电池单池被切断，如果其所估计的老化状态以大于预先给定的阈值的幅度偏离其余电池单池的所估计的老化状态。在切断时，借助于主开关将所标记的电池单池的至少一个端子在电方面与所述电池组的其余电池单池分开。由此，在切断之后，不再有电流通过所标记的并且被切断的电池单池来流动。
由此，所述电池组的被切断的电池单池不再处于运行中并且被切断的电池单池的所估计的老化状态因此不再显著地变化，而是至少几乎保持恒定。但是，所述电池组的其余电池单池还处于运行之中。所述电池组的其余电池单池的所估计的老化状态由此继续变化并且继续提高。由此，所述其余电池单池的所估计的老化状态与被切断的电池单池的所估计的老化状态相适应。而后，在一定的时间之后，被切断的电池单池的所估计的老化状态以小于预先给定的阈值的幅度偏离所述电池组的其余电池单池的所估计的老化状态。而后所述电池组又至少几乎是均质的并且被切断的电池单池又能够被接通。
按照本发明的另一种有利的设计方案，在所述电池组的电池单池中的每个电池单池中所测量的至少一个状态参量是温度。
在测量之后，将所述电池组的各个电池单池的所测量的温度彼此进行比较。由此确定，是否并且在何种程度上所述电池组的各个电池单池的所提到的温度偏离彼此。
按照本发明的一种有利的改进方案，对所述电池组的以下电池单池进行标记，所述电池单池的温度具有电池单池的温度的最大值。在一个电池单池以太高的温度运行时，该电池组的老化就会得到加速。因此，在一个电池单池以太高的温度运行时，该电池单池的老化状态会更快地被提高。
也要检查，所标记的电池单池的温度有多严重地偏离所述电池组的其余电池单池的温度。尤其要检查，所标记的电池单池的温度是否以大于预先给定的阈值的幅度高于所述电池组的其余电池单池的温度。
所述电池组的所标记的电池单池被切断，如果其温度以大于预先给定的阈值的幅度偏离其余电池单池的温度。如果所标记的电池单池的温度以大于预先给定的阈值的幅度高于所述电池组的其余电池单池的温度，那就是这种情况。在切断时，借助于主开关将所标记的电池单池的至少一个端子在电方面与所述电池组的其余电池单池分开。由此，在切断之后，不再有电流通过所标记的并且被切断的电池单池来流动。
由此，所述电池组的被切断的电池单池不再处于运行之中并且因此也不再继续显著地发热。被切断的电池单池由此能够冷却，由此其温度被降低。但是，所述电池组的其余电池单池还处于运行之中。由此使所述被切断的电池单池的温度与其余电池单池的温度相适应。而后，在一定的时间之后，所述被切断的电池单池的温度以小于预先给定的阈值的幅度偏离所述电池组的其余电池单池的温度。所述被切断的电池单池而后又能够被接通。
按照本发明的另一种有利的改进方案，对所述电池组的以下电池单池进行标记，所述电池单池的温度具有电池单池的温度的最小值。在一个电池单池以太小的温度运行时，可能在该电池单池的电极上出现镀锂。因此，在一个电池单池以太低的温度运行时，该电池单池可能被损坏或者被破坏。
也要检查，所标记的电池单池的温度有多严重地偏离所述电池组的其余电池单池的温度。尤其要检查，所标记的电池单池的温度是否以大于预先给定的阈值的幅度低于所述电池组的其余电池单池的温度。
而后向所标记的电池单池加载预先给定的电流，如果其温度以大于预先给定的阈值的幅度偏离其余电池单池的温度。如果所标记的电池单池的温度以大于预先给定的阈值的幅度低于所述电池组的其余电池单池的温度，那就是这种情况。为了向所标记的电池单池加载预先给定的电流，借助于主开关将所标记的电池单池的至少一个端子在电方面与所述电池组的其余电池单池分开。比如借助于辅助开关将所标记的电池单池的所提到的端子与相应的提供预先给定的电流的电源连接起来。由此，预先给定的电流通过所标记的电池单池来流动。
所述电池组的所标记的电池单池通过流经所标记的电池单池的预先给定的电流而发热。由此其温度被提高。所述电池组的其余电池单池处于运行之中。由此使所标记的电池单池的温度与其余电池单池的温度相适应。在一定的时间之后，而后所标记的电池单池的温度以小于预先给定的阈值的幅度偏离所述电池组的其余电池单池的温度。而后又能够接通所标记的电池单池。
也提出一种电池组。该电池组在此包括多个电池单池。所述电池组也具有一个用于对电池单池进行监控和控制的管理系统。所述管理系统在此被设立用于执行按本发明的方法。
所述电池单池能够在电池组的内部并联连接。所述电池单池也能够在电池组的内部并联连接。此外，所述电池组的内部的电池单池不仅能够彼此串联而且能够彼此并联。
所述电池组具有合适的传感器，借助于所述传感器能够测量各个电池单池的相应的状态参量。尤其所述电池组具有用于对各个电池单池的温度进行测量的传感器以及用于对各个电池单池的老化状态进行测量的传感器。
所述按本发明的方法一方面允许均匀地运行包括具有不同的老化状态的电池单池的电池组。电池单池的大多数状态参量能够通过合适的传感器来测量，而电池单池的老化状态（SoH
Figure DEST_PATH_IMAGE003
State of Health）则只能被估计。电池的使用寿命以及所经历的充电及放电周期的数目进入到对于老化状态的估计之中，此外，仅仅为了列举一些实施例，内阻以及阻抗进入到对于老化状态的估计之中。通过具有较高的所估计的老化状态的电池单池的切断，仅仅具有较低的和差不多相同的所估计的老化状态的电池单池在电池组中保持通电状态。所述按本发明的方法另一方面允许如此运行电池组，使得所述电池单池的所估计的老化状态几乎保持相同。通过具有提高的温度的电池单池的切断，来防止这些电池单池的加速的老化。尤其能够如此运行电池组，从而避免由于电池单池的电极上的镀锂而引起的电池单池的损坏以及破坏。通过具有太低的温度的电池单池的切断来防止这些电池单池的镀锂。由此，通过所述按本发明的方法能够有利地延长电池组的使用寿命。此外，所述电池组始终能够以高性能来运行，如果具有差性能的、尤其是具有高的老化状态的电池单池被切断。按本发明的电池组相对于各个电池单池的生产离散度和个别的缺陷也是稳健的。
附图说明
借助于附图和以下描述对本发明的实施方式进行详细解释。其中：
图1示出了电池组的第一种实施变型方案的示意图；并且
图2示出了所述电池组的一种布线变型方案。
具体实施方式
在以下对本发明的实施方式所作的描述中，相同的或者类似的元件用相同的附图标记来表示，其中在单个情况放弃对于这些元件的重复描述。附图仅仅示意性地示出了本发明的主题。
图1示出了电池组7的示意图，所述电池组尤其被设置用在电动车中。所述电池组7包括多个电池单池2、在此是九个电池单池2。也能够考虑其他数目的电池单池2。所述电池组7的电池单池2中的每个电池单池具有负端子和正端子。每个电池单池2提供加载在负端子与正端子之间的单池电压。
所述电池组7也包括负极21和正极22。在负极21与正极22之间加载着电池组电压。所述电池单池2的负端子彼此地并且与负极21电连接。此外，所述电池组7包括多个主开关15。在此，为每个电池单池2刚好分配了一个主开关15并且与电池单池2串联连接。所述主开关15也与正极22电连接。
如果所述主开关15被闭合，则所述电池单池2以并联线路32彼此电连接。所述电池组7的负极21与正极22之间的电池组电压而后相当于电池单池2的单池电压。如果所述主开关15之一被断开，则所属的电池单池2在电方面与其余的电池单池2分开。
同样能够考虑电池单池2的、在所述电池组7的负极21与正极22之间串联。所述电池组7内部的拓扑结构、尤其是主开关15的布置在此应该相应地进行调整，参照按照图2的图示。
此外，所述电池组7包括多个这里未示出的辅助开关。在此，为每个电池单池2刚好分配了一个辅助开关并且与电池单池2串联连接。辅助开关中的每个辅助开关与电源电连接。如果辅助开关被闭合，电流就从电源流经所属的电池单池2。
所述电池组7在这里也具有未示出的用于对各个电池单池2的温度进行测量的传感器。所述电池组7在这里也具有未示出的对于对各个电池单池2的老化状态进行估计的传感器。为电池单池2中的每个电池单池分配了用于对电池单池2的温度进行测量的传感器以及用于对电池单池2的老化状态进行估计的传感器。
所述电池组7也包括管理系统30。所述管理系统30用于对电池单池2进行监控和控制。所述管理系统30与在这里未示出的、用于对电池单池2的温度进行测量并且用于对其的老化状态进行估计的传感器。尤其所述管理系统30也用于操控主开关15和辅助开关。为此，所述管理系统30也与主开关15及辅助开关相连接。
在所述电池组7的运行中，将由所述传感器所采集到的测量值传输给所述管理系统30。接下来借助于所提到的测量值的示范性的数值对用于运行电池组7的方法进行解释。
在第一种实施例中，一个电池单池2的所估计的老化状态为115%。其余的电池单池2的所估计的老化状态在104%与106%之间。一个尚未老化的新电池单池2拥有100%的最佳的老化状态。用5%预先给定了阈值。
所述管理系统30对所述电池单池2的所估计的老化状态进行比较。所述管理系统30识别出以所估计的115%的老化状态而具有电池单池2的老化状态的最大值的电池单池2并且将其标记出来。
所述管理系统30而后检查，所标记的电池单池2的所估计的老化状态是否以大于预先给定的阈值的幅度偏离所述电池组7的其余电池单池2的所估计的老化状态。在当前的情况中，所标记的电池单池2的所估计的老化状态以大于预先给定的阈值的幅度偏离其余电池单池2的所估计的老化状态。
随后，所述管理系统30通过所分配的主开关15的断开来切断所标记的电池单池2。
在第二种实施例中，一个电池单池2的温度为75℃。其余的电池单池2的温度在50℃与60℃之间。用10℃预先给定了阈值。
所述管理系统30对所述电池单池2的所测量的温度进行比较。所述管理系统30识别出以75℃的温度而具有电池单池2的温度的最大值的电池单池2并且将其标记出来。
所述管理系统30而后检查，是否所标记的电池单池2的温度以大于预先给定的阈值的幅度偏离所述电池组7的其余电池单池2的温度。在当前情况中，所标记的电池单池2的温度以大于预先给定的阈值的幅度偏离其余电池单池2的温度。
随后，所述管理系统30通过所分配的主开关15的断开来切断所标记的电池单池2。
在第二种实施例中，一个电池单池2的温度为0℃。其余电池单池2的温度在15℃与20℃之间。用10℃预先给定了阈值。
所述管理系统30对电池单池2的所测量的温度进行比较。所述管理系统30识别出以0℃的温度而具有所述电池单池2的温度的最小值的电池单池2并且将其标记出来。
所述管理系统30而后检查，是否所标记的电池单池2的温度以大于预先给定的阈值的幅度偏离所述电池组7的其余电池单池2的温度。在当前情况中，所标记的电池单池2的温度以大于预先给定的阈值的幅度偏离其余电池单池2的温度。
随后所述管理系统30通过所分配的主开关15的断开来将所标记的电池单池2与其余电池单池2分开。所述管理系统30额外地将配属于所标记的电池单池2的辅助开关闭合。所标记的电池单池2由此与电源相连接，所述电源提供用于使所述电池单池2变热的预先给定的电流。
在按照图2的图示中，以示意性的方式示出了电池组7的多个电池单池2的串联线路34。在图2所示出的实施变型方案中，借助于主开关15来通断所述电池组7的各个电池单池2，在所述电池组中在这里仅仅示范性地示出了两个电池单池2。为用于相应的电池单池2的相应的主开关15分配了辅助开关38。如果要绕开所述相应的电池单池2，则所述主开关15保持断开状态，而所述辅助开关38则被闭合，使得被切断的电池单池2能够由于断开的主开关15而通过闭合的辅助开关38以及迂回线路36被绕开。为电池组7的电池单池2中的每个电池单池分配的主开关15以及辅助开关38的开关通过在图2中示意性地示出的管理系统30来进行。按照图2的图示，所述电池组7的多个电池单池2处于负极21与正极22之间。
本发明不局限于这里所描述的实施例以及在其中所强调的方面。更确切地说，在通过权利要求所说明的范围之内能够实现大量的处于本领域的技术人员的处理范围之内的改动方案。

Claims (10)

1.用于运行电池组（7）的方法，所述电池组具有多个电池单池（2）和一个用于对所述电池单池（2）进行监控和控制的管理系统（30），其中
对电池单池（2）中的每个电池单池的至少一个状态参量进行测量或估计；
对所述电池单池（2）的所测量的状态参量进行比较；
对以下电池单池（2）进行标记，所述电池单池的状态参量具有所述电池单池（2）的状态参量的最大值或最小值；
将所标记的电池单池（2）在电方面与其余的电池单池（2）分开，如果其状态参量以大于预先给定的阈值的幅度偏离其余的电池单池（2）的状态参量。
2.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中
在电池单池（2）中的每个电池单池中所估计的至少一个状态参量是老化状态。
3.根据权利要求2所述的方法，其中
对以下电池单池（2）进行标记，所述电池单池的所估计的老化状态具有所述电池单池（2）的所估计的老化状态的最大值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中
切断所标记的电池单池（2），如果其所估计的老化状态以大于预先给定的阈值的幅度偏离其余的电池单池（2）的所估计的老化状态。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中
在电池单池（2）中的每个电池单池中所测量的至少一个状态参量是温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中
对以下电池单池（2）进行标记，所述电池单池的温度具有所述电池单池（2）的温度的最大值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中
切断所标记的电池单池（2），如果其温度以大于预先给定的阈值的幅度偏离其余的电池单池（2）的温度。
8.根据权利要求5到7中任一项所述的方法，其中
对以下电池单池（2）进行标记，所述电池单池的温度具有所述电池单池（2）的温度的最小值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中
向所标记的电池单池（2）加载预先给定的电流，如果其温度以大于预先给定的阈值的幅度偏离其余的电池单池（2）的温度。
10. 电池组（7），包括
多个电池单池（2）以及
一个用于对所述电池单池（2）进行监控和控制的管理系统（30），所述管理系统被设立用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
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