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用于互連電池組中的電池組電池的方法、電池組和監(jiān)控裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于互連電池組（100）中的電池組電池（110、120）的方法（400），其中電池組（100）具有在串聯(lián)電路中的至少一個測量電池組電池（110）和至少一個標(biāo)準(zhǔn)電池組電池（120），其中標(biāo)準(zhǔn)電池組電池（120）至少具有大于額定容量閾值的額定容量，其中測量電池組電池（110）具有小于額定容量閾值的額定容量，其中測量電池組電池（110）具有可控的橋接（130），其中該方法（400）具有監(jiān)控（430）至少一個測量電池組電池（110）的充電狀態(tài)的步驟和當(dāng)至少一個測量電池組電池（110）的充電狀態(tài)低于預(yù)先定義的充電狀態(tài)閾值時在使用可控的橋接（130）的情況下橋接（440）至少一個測量電池組電池(110)的步驟。
【專利說明】用于互連電池組中的電池組電池的方法、電池組和監(jiān)控裝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于互連電池組中的電池組電池的方法、一種電池組、一種相應(yīng)的監(jiān)控裝置以及一種相應(yīng)的計算機(jī)程序產(chǎn)品。

【背景技術(shù)】
[0002]通常電池組的充電狀態(tài)(State of Charge-SOC)通過測量整個電池組上或各個電池上的開路電壓來進(jìn)行。如果在確定時間點的測量僅僅在負(fù)載下是可能的，那么可以由所測量的電壓、電流和電阻計算該開路電壓。一旦利用開路電壓的測量的均衡(在無負(fù)載的情況下)又是可能的，該計算就可以之后被修正。
[0003]此外，到電池組中的或從該電池組出來的電流可以被積分，以便對此獲得關(guān)于充電狀態(tài)的結(jié)論。因為電流測量的誤差然而通過該積分不斷地累加，所以該辦法必須總是利用由開路電壓所計算的充電狀態(tài)來均衡。
[0004]然而，只有當(dāng)開路電壓特性曲線(Open Circuit Voltage (開路電壓)-0CV)作為充電狀態(tài)(SOC)的函數(shù)具有足夠的斜率，即d (Uocv)/d (SOC)古O時，開路電壓和充電狀態(tài)之間的極其重要的相互關(guān)系才是可能的。不過，一些重要的電化學(xué)系統(tǒng)具有很平坦的電壓特性曲線，例如LiFePO4以及還有鋰硫(2Li + S_>Li2S)。迄今這些重要的電化學(xué)系統(tǒng)諸如在插入式混合動力和電動車輛中在電池組中的使用只能更加困難，所述電池組的充電狀態(tài)必須盡可能準(zhǔn)確地被估計。
[0005]上述的充電狀態(tài)確定的問題特別是在放電快結(jié)束的時候可能導(dǎo)致，在電池組管理系統(tǒng)中還顯示剩余容量，然而電池組的實際容量已經(jīng)被用盡。因此電動車輛的駕駛員將停留，盡管汽車中的充電狀態(tài)顯示器還向該駕駛員顯示了剩下的容量。
[0006]該問題在前述的電池化學(xué)系統(tǒng)中可能導(dǎo)致，這些電池化學(xué)系統(tǒng)不能在電動車輛或類似的應(yīng)用中使用。
[0007]DE 10 2010 002 326 Al公開了一種用于平衡具有多個電池組電池的電池組的充電狀態(tài)的方法以及一種相應(yīng)的電池組管理系統(tǒng)和一種電池組。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在該背景下，利用本發(fā)明介紹根據(jù)獨立權(quán)利要求的用于互連電池組中的電池組電池的方法、一種使用該方法的監(jiān)控裝置、一種其中布置有電池組電池的電池組以及最后介紹一種相應(yīng)的計算機(jī)程序產(chǎn)品。有利的擴(kuò)展方案由各從屬權(quán)利要求和隨后的說明得出。
[0009]本發(fā)明創(chuàng)建一種用于互連電池組中的電池組電池的方法，其中該電池組具有在串聯(lián)電路中的至少一個測量電池組電池和至少一個標(biāo)準(zhǔn)電池組電池,其中標(biāo)準(zhǔn)電池組電池至少具有大于額定容量閾值的額定容量，其中測量電池組電池具有小于額定容量閾值的額定容量，其中測量電池組電池具有可控的橋接，其中該方法具有以下步驟:
監(jiān)控至少一個測量電池組電池的充電狀態(tài)；以及當(dāng)至少一個測量電池組電池的充電狀態(tài)低于預(yù)先定義的充電狀態(tài)閾值時，在使用該可控的橋接的情況下橋接至少一個測量電池組電池。
[0010]電池組電池可以被理解為基于電化學(xué)的對于電能可重復(fù)充電的存儲器。電池組電池可以被理解為可重復(fù)充電的二次電池、二次元件或蓄電池。電池組可以被理解為多個電池組電池的聯(lián)接。電池組中的電池組電池可以具有相同的電池化學(xué)組成和性質(zhì)(Zellchemie)。電池組可以被使用在車輛中。車輛可以是機(jī)動車、例如轎車、載重汽車或其它的載貨汽車。該車輛可以裝備有混合動力驅(qū)動裝置或可以是電動車輛。該電池組可以在其它的設(shè)備或應(yīng)用中使用。電池組電池可以存儲的電荷量或容量可以被稱為額定容量。電池組電池的容量或電荷量可以給出電池組電池可以提供或存儲的電荷量，并且或者可以被稱為額定容量或者可以被稱為備用容量。額定容量閾值可以被理解為用于電池組電池的額定或最大充電狀態(tài)的預(yù)先定義的極限值或閾值。充電狀態(tài)可以被理解為在定義的時間點存在于電池組電池中的當(dāng)前的電荷量或容量。充電狀態(tài)此外可以被稱為剩余容量。充電狀態(tài)可以等于或小于電池組電池的額定容量。預(yù)先定義的充電狀態(tài)閾值可以被理解為用于當(dāng)前的充電狀態(tài)的閾值或極限值。充電狀態(tài)閾值可以采取電池組電池的沒有容量或電荷和額定容量之間的值。電池組電池可以具有可控的橋接。可控的橋接可以引導(dǎo)電路的電流通過電池組電池或替代地在該電池組電池旁邊經(jīng)過、即橋接該電池組電池。在此可控的橋接可以由信號控制。
[0011]本發(fā)明基于以下認(rèn)識，即可以通過在電池組中布置至少一個具有比標(biāo)準(zhǔn)電池組電池更小的額定容量的測量電池組電池來改進(jìn)電池組的充電狀態(tài)的確定。電池組的充電狀態(tài)在放電快結(jié)束的時候難以確定并且充電狀態(tài)的不準(zhǔn)確的確定可以在突然下降的電池組功率中顯示出。電池組的充電狀態(tài)可以通過電池組的開路電壓的測量來確定，然而在許多應(yīng)用情況下僅僅在負(fù)載下的測量是可能的。然而，只有當(dāng)作為充電狀態(tài)的函數(shù)的開路電壓特性曲線具有足夠的斜率，開路電壓和充電狀態(tài)之間的相互關(guān)系才是可能的。通過相應(yīng)的根據(jù)本發(fā)明的方法可以在電池組的放電的至少一個確定的時間點可靠地確定充電狀態(tài)。為此可以將具有更小的并且已知的額定容量的在這里被稱為測量電池組電池的電池組電池連接到相同的電池化學(xué)組成和性質(zhì)和額定相同的額定容量的電池組電池的支路中。在這樣的測量電池組電池的完全放電前不久，可以例如借助電壓測量明確地確認(rèn)充電狀態(tài)，并且因此確定電池組的充電狀態(tài)。當(dāng)測量電池組電池處在完全放電前不久的點處時，該測量電池組電池可以利用可控的橋接從串聯(lián)電路被取出，以便保持該電池組繼續(xù)可用。在此，例如具有標(biāo)準(zhǔn)電池組電池的80%的額定容量的測量電池組電池可以被使用在該電池組中。如果在監(jiān)控測量電池組電池的情況下現(xiàn)在確認(rèn)該測量電池組電池處在完全放電前不久，那么可以橋接該測量電池組電池，以便保持該電池組能運轉(zhuǎn)并且已知的是，該電池組總共已經(jīng)用完該電池組的原始額定容量的80%的容量并且最大限度地具有其額定容量的20%的充電狀態(tài)。測量電池組電池上的電壓的量取能夠為應(yīng)用者實現(xiàn)在該不連續(xù)的時間點的剩余容量的可靠估計。
[0012]測量電池組電池和標(biāo)準(zhǔn)電池組電池具有相同的電池化學(xué)組成和性質(zhì)，其中測量電池組電池具有比標(biāo)準(zhǔn)電池組電池的額定容量更小的額定容量或最大容量，例如測量電池組電池具有標(biāo)準(zhǔn)電池組電池的額定容量的85%的額定容量。通過測量電池組電壓可以推斷出電池組中的剩余容量。因為這根據(jù)所使用的電池化學(xué)組成和性質(zhì)可能很不準(zhǔn)確并且可能由此針對電池組的充電狀態(tài)得出錯誤的、太高地被估計的剩余容量，所以根據(jù)本發(fā)明的方案除了電池組電壓之外還應(yīng)測量被稱為測量電池組電池的電池組電池的電池組電池電壓。在完全放電前不久得出典型的電壓下降，因此可以作出關(guān)于電池組的直至現(xiàn)在所消耗的能量或容量的結(jié)論。現(xiàn)在可以橋接幾乎完全被放電的測量電池組電池并且還可以使用該電池組直至該電池組的容量用完。
[0013]根據(jù)一種實施方式，至少一個測量電池組電池在電池組中可以被構(gòu)造為可替換的測量電池組電池。由于測量電池組電池的更小的容量，老化現(xiàn)象可以與在標(biāo)準(zhǔn)電池組電池中不同地產(chǎn)生效果。測量電池組電池作為可替換的單元的設(shè)計可以允許考慮該狀況。作為可替換的測量電池組電池，可以較容易地替換這樣的測量電池組電池。這樣的替換的成本相較于在下個充電周期之前通過測量電池組電池可實現(xiàn)的更準(zhǔn)確并且安全的剩余容量估計的高收益可以是低的。
[0014]也有利的是，在布置步驟中，在串聯(lián)電路中布置多個特別是具有不同額定容量的測量電池組電池。通過多個測量電池組電池的使用，可以在多個不連續(xù)的時間點上確定電池組的剩余容量。這可以改進(jìn)該方法的穩(wěn)健性。在此可能有利的是，當(dāng)測量電池組電池由于其被用完的容量而被橋接時，該測量電池組電池由電池組的串聯(lián)電路中的另外的到那時候被橋接了的電池組電池來代替，以便保持電池組的輸出電壓恒定。
[0015]此外，在布置步驟中，多個測量電池組電池可以根據(jù)其各自的容量在串聯(lián)電路中以升序的方式被布置。通過測量電池組電池的被安排的順序可以更容易地實現(xiàn)電池組的充電狀態(tài)的分析。
[0016]此外有利的是，根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式在布置步驟中在串聯(lián)電路中布置多個標(biāo)準(zhǔn)電池組電池。多個標(biāo)準(zhǔn)電池組電池可以被理解為至少三個標(biāo)準(zhǔn)電池組電池。特別是電動車輛或插入式混合動力車輛使用具有例如300V的高輸出電壓的電池組。單獨的電池組電池例如可以僅僅提供一位數(shù)的伏特范圍內(nèi)的電壓。在這樣的情況下，可以通過多個標(biāo)準(zhǔn)電池組電池的串聯(lián)電路來達(dá)到電池組的相應(yīng)的輸出電壓。
[0017]為了除了可用電壓借助電池組電池的串聯(lián)電路的提高之外也實現(xiàn)電池組的可用容量以及其通過高電流的承載能力的提高，可以在布置步驟中在電池組之內(nèi)將多個測量電池組電池和標(biāo)準(zhǔn)電池組電池布置在該串聯(lián)電路中并且將另外多個測量電池組電池和標(biāo)準(zhǔn)電池組電池布置在另外的串聯(lián)電路中。通過至少兩個串聯(lián)電路的并聯(lián)可以提高電池組的可用容量。
[0018]此外有利的是本發(fā)明的一種實施方式，在該實施方式中當(dāng)至少一個測量電池組電池的充電狀態(tài)超過另外的預(yù)先定義的充電狀態(tài)閾值時，在橋接步驟中橋接至少一個測量電池組電池，其中該另外的預(yù)先定義的充電狀態(tài)閾值對應(yīng)于測量電池組電池的額定容量。由于測量電池組電池相對于標(biāo)準(zhǔn)電池組電池更小的額定容量，該測量電池組電池在電池組的充電過程期間更快地達(dá)到對應(yīng)于測量電池組電池的額定容量并且因此被完全充電的充電狀態(tài)。為了避免測量電池組電池的過量充電，可能有意義的是橋接該測量電池組電池。
[0019]此外，可以在確定電池組的充電狀態(tài)的步驟中在使用至少一個測量電池組電池的充電狀態(tài)和/或在橋接步驟中所輸出的橋接信號的情況下確定電池組的充電狀態(tài)。
[0020]本發(fā)明此外創(chuàng)建一種監(jiān)控裝置，該監(jiān)控裝置被構(gòu)造用于在相應(yīng)的裝置中執(zhí)行或?qū)崿F(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟。也可以通過監(jiān)控裝置形式的本發(fā)明的該實施變型方案快速并且有效地解決本發(fā)明所基于的任務(wù)。
[0021]監(jiān)控裝置當(dāng)前可以被理解為電氣設(shè)備，該電氣設(shè)備處理傳感器信號并且據(jù)此輸出控制和/或數(shù)據(jù)信號。該設(shè)備可以具有接口，該接口可以以硬件和/或軟件方式被構(gòu)造。在硬件方式的構(gòu)造中，接口例如可以是所謂的系統(tǒng)ASIC的部分，該部分包含監(jiān)控裝置的極大不同的功能。然而也可能的是，接口是獨立的集成的電路或至少部分地由分立器件組成。在軟件方式的構(gòu)造中，接口可以是軟件模塊，所述軟件模塊例如除了另外的軟件模塊之外也存在于微控制器上。
[0022]本發(fā)明此外創(chuàng)建一種電池組，該電池組具有在串聯(lián)電路中的多個相同電池化學(xué)組成和性質(zhì)的電池組電池，其中該電池組具有以下特征:
至少一個標(biāo)準(zhǔn)電池組電池，該標(biāo)準(zhǔn)電池組電池至少具有大于額定容量閾值的額定容量；以及
至少一個測量電池組電池，該測量電池組電池具有小于額定容量閾值的額定容量，其中該測量電池組電池具有可控的橋接。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，電池組可以具有監(jiān)控裝置。本發(fā)明的這樣的實施方式提供以下優(yōu)點，即通過集成用于充電狀態(tài)的改進(jìn)的確定的所有組件更簡單地確定電池組的充電狀態(tài)。
[0024]具有程序代碼的計算機(jī)程序產(chǎn)品也是有利的，該程序代碼可以被存儲在機(jī)器可讀的載體、如半導(dǎo)體存儲器、硬盤存儲器或光存儲器上并且當(dāng)該程序產(chǎn)品在計算機(jī)或設(shè)備上被實施時，該程序代碼被用于執(zhí)行根據(jù)前面所說明的實施方式之一的方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面借助附圖示例性地進(jìn)一步解釋本發(fā)明。其中:
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電池組的示意圖；
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的另外的電池組的示意圖；
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的由測量電池組電池和標(biāo)準(zhǔn)電池組電池構(gòu)成的串聯(lián)電路的不意圖；
圖4示出本發(fā)明的一個實施例的流程圖；
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例具有分別不同的額定容量的相同電池化學(xué)組成和性質(zhì)的電池組電池的電壓變化曲線；以及
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例具有分別不同的額定容量的相同電池化學(xué)組成和性質(zhì)的電池組電池的電壓變化曲線。
[0026]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例的隨后的說明中，針對在不同的圖中所示出的并且相似地起作用的元件使用相同或相似的附圖標(biāo)記，其中放棄對這些元件的重復(fù)說明。

【具體實施方式】
[0027]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電池組的示意圖。在電池組100中，測量電池組電池110和標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120被布置在串聯(lián)電路中。測量電池組電池110此外具有可控的橋接130。串聯(lián)電路的兩個端子向外部被引導(dǎo)。兩個端子具有相反的極性。測量電池組電池110的可控的橋接130在橋接測量電池組電池110的開關(guān)位置中被示出。
[0028]在另一個實施例中，可以提高電池組100的所示出的串聯(lián)電路中的測量電池組電池I1的數(shù)量和標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120的數(shù)量。為了增加電池組100的容量，串聯(lián)電路的并聯(lián)也可以是有意義的。這樣的實施例在圖2中被示出。
[0029]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的另外的電池組100的示意圖。在兩個并行地被布置的串聯(lián)電路中，每個串聯(lián)電路布置有三個測量電池組電池110和三個標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120。電池組電池、不僅測量電池組電池110而且標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120具有相同的電池化學(xué)組成和性質(zhì)。每個測量電池組電池110被分配可控的橋接130，該橋接在橋接位置中被示出。標(biāo)準(zhǔn)電池組電池具有額定容量，該額定容量可以作為參考以100%來給出。因為每個單獨的電池組電池的由生產(chǎn)和存放決定的額定容量可能變化，所以在此所參考的額定容量是額定容量閾值，該額定容量閾值至少被標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120達(dá)到。測量電池組電池110具有比標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120更小的額定容量。在一個實施例中，測量電池組電池IlOa具有標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120的額定容量的70%的額定容量，測量電池組電池IlOb具有標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120的額定容量的80%的額定容量并且測量電池組電池IlOc具有標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120的額定容量的90%的額定容量。測量電池組電池110和標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120的在圖2中所示出的布置允許，在三個不連續(xù)的時間點可靠地確定電池組100的充電狀態(tài)或剩余容量。因為在兩個所示出的串聯(lián)電路中分別布置有具有與標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120相比70%的額定容量的測量電池組電池110a，所以針對30%的電池組100的剩余容量的確定，可以通過兩個借助測量電池組電池IlOa所確定的不連續(xù)的時間點確定平均值。兩個并行地被布置的串聯(lián)電路的兩個端子此外從電池組100的內(nèi)部向外部被引導(dǎo)。兩個端子具有相反的極性。
[0030]在另外的、在圖2中未被示出的實施例中，可以提高兩個串聯(lián)電路中的標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120的數(shù)量，以便提高可在電池組上量取的電壓。也有利的是，在大數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120的情況下，通過測量電池組電池110的橋接所造成的電壓下降按百分比計算更小地降落。替代地，通過測量電池組電池110的橋接所造成的電壓下降也可以通過串聯(lián)電路中的另外的電池組電池的接通而被補(bǔ)償。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以改進(jìn)在放電快結(jié)束的時候的充電狀態(tài)確定，使得可以排除電池組功率的突然的、未預(yù)見到的下降。代替于此，應(yīng)該通過在放電的確定時間點有效的機(jī)構(gòu)來引起，例如在放電的70^^80%和90%時可以進(jìn)行安全的并且可靠的充電狀態(tài)確定，該充電狀態(tài)確定因此累進(jìn)地指示放電接近結(jié)束。
[0032]本發(fā)明的在這里所介紹的實施例特別是在具有有很平坦地延伸的電壓特性曲線的電池化學(xué)組成和性質(zhì)的電池組100的情況下是非常有意義的。為了補(bǔ)償可能出現(xiàn)的老化現(xiàn)象，這些電池110可以作為可替換的單元來實施，所述老化現(xiàn)象可能在具有較小容量的電池110中以與在剩余的電池120中不同的程度出現(xiàn)。由此可能的是，在需要時、例如在車輛的定期的售后服務(wù)的范圍內(nèi)容易地替換這些電池110。該替換的成本相較于在下個充電過程之前在小的剩下的剩余容量的情況下因此明顯更準(zhǔn)確的并且特別是也明顯更安全的充電狀態(tài)估計的高收益是很低的。
[0033]因為電動車輛電池組110—般由多個并聯(lián)的如在圖3中所示出的串聯(lián)支路組成，所以具有不同容量的電池110可以被集成在串聯(lián)支路中的每個中，以便在那里能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確并且可靠的充電狀態(tài)估計或放電結(jié)束的準(zhǔn)確并且可靠的預(yù)測。為此的花費如由鋰硫電池構(gòu)成的電動車輛電池組的如下估計所示出的那樣是很小的。
[0034]在此，針對在這里所介紹的考慮，以如下的假設(shè)為前提:
單電池容量40Ah (通常的大小)
電池組蓄能量24kWh
平均LiS電池電壓 2.1V 。
[0035]由上述的切合實際的假設(shè)得出84Wh的每個電池的蓄能量。對于電池組100的總能量因此需要286個電池。為了通過串聯(lián)電路達(dá)到大約300V的在電動車輛中通常的電壓，需要大概142個串聯(lián)的電池。因此整個電池組由僅僅兩個并聯(lián)的支路組成，所述支路又由142個串聯(lián)的電池來構(gòu)建。在該實例中，恰好一次性地需要2 X 3個電池(具有70%、80%更高的以及90%額定容量)，以便明顯地改進(jìn)充電狀態(tài)確定。
[0036]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的由測量電池組電池和標(biāo)準(zhǔn)電池組電池構(gòu)成的串聯(lián)電路的示意圖。在串聯(lián)電路中，三個測量電池組電池100被連接在一串標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120之前。在圖3中示出了兩個標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120。測量電池組電池110具有相對于標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120更小的額定容量。標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120的額定容量在此以100%來表示。測量電池組電池IlOa具有標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120的額定容量的70%的容量。測量電池組電池IlOb具有標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120的額定容量的80%的容量。測量電池組電池IlOc具有標(biāo)準(zhǔn)電池組電池120的額定容量的90%的容量。三個測量電池組電池110分別具有可控的橋接130。可控的橋接130分別在橋接測量電池組電池110的開關(guān)位置中被示出。
[0037]為了支持在放電快結(jié)束的時候的充電狀態(tài)確定，可以在每個串聯(lián)支路中裝入一些具有分別不同的容量的電池，其中電池組通常由所述串聯(lián)支路來構(gòu)建。在圖3中，該布置示例性地被示出。在這里三個全都具有額定容量的電池120之前連接一些串聯(lián)的相同的電池化學(xué)組成和性質(zhì)的電池110，所述電池具有更低的并且本身累進(jìn)的容量。在圖3中示例性地是具有額定容量的70 %、80 %以及90 %的電池，還具有剩余的電池120。因為在串聯(lián)電路中相同的電流流經(jīng)所有的電池110、120，所以具有更小容量的這些電池110系統(tǒng)地更快地被放電。相同的效應(yīng)類似地在電池110充電時出現(xiàn)。
[0038]在放電時該互連引起，當(dāng)剩余的電池并且因此還有總電池組的容量還處于70 %時，第一電池IlOa(額定容量的70%)已經(jīng)空了并且因此顯示出電壓的明顯下降。相同的情況在該布置中的第二和第三電池中相應(yīng)地在80%或90%的情況下發(fā)生(參見針對L1-NCM的圖5以及針對鋰硫系統(tǒng)的圖6)。因此通過這些第一電池110的單電壓的量取可以在上述的不連續(xù)的位置處很準(zhǔn)確地確定電池組100的容量。這能夠為應(yīng)用者實現(xiàn)安全的估計，在電池組100中在這些時間點還包含有多少剩余容量。
[0039]為了不對具有較小容量的電池110深度放電，這將長期地?fù)p害電池110，這些電池可以通過在圖1至圖3中分別被畫入的可控的旁路在這些電池110中的每個處被橋接。這些電池然后在電池組的下次充電時才又被適當(dāng)?shù)亟尤氲酱?lián)支路中。
[0040]圖3示出不同容量的電池與N個電池120的串聯(lián)的互連，所述電池120都擁有額定容量。為了橋接具有較小容量的電池110，當(dāng)這些電池已經(jīng)空了(充電狀態(tài)0%)或已經(jīng)滿了(充電狀態(tài)100%)時，在這些電池之前安置各個開關(guān)，所述開關(guān)然后單獨地并且通常通過電池組管理系統(tǒng)自動地被操縱。測量電池組電池110被設(shè)計為可替換的單元。如果各個電池110的容量被放電，那么開關(guān)130能夠?qū)崿F(xiàn)各個電池110的橋接。
[0041]圖4示出作為方法400的本發(fā)明的一個實施例的流程圖。用于互連電池組中的電池組電池的方法400具有在串聯(lián)電路中布置至少一個標(biāo)準(zhǔn)電池組電池的步驟410、在串聯(lián)電路中布置至少一個測量電池組電池的步驟420、監(jiān)控至少一個測量電池組電池的充電狀態(tài)的步驟430、在使用可控的橋接的情況下橋接至少一個測量電池組電池的步驟440以及在使用至少一個測量電池組電池的充電狀態(tài)和/或在橋接步驟440中所輸出的橋接信號的情況下確定電池組的充電狀態(tài)的步驟450。在橋接步驟440中，如果至少一個測量電池組電池的充電狀態(tài)低于和/或超過預(yù)先定義的充電狀態(tài)閾值，那么至少一個測量電池組電池被橋接。在布置步驟420中所布置的測量電池組電池具有比在布置步驟410中所布置的標(biāo)準(zhǔn)電池組電池更小的額定容量。
[0042]在本發(fā)明的一個實施例中，在布置步驟410中多個標(biāo)準(zhǔn)電池組電池被布置在串聯(lián)電路中。此外，在布置步驟420中多個測量電池組電池根據(jù)其各自的容量以升序的方式被布置在串聯(lián)電路中。在此，在一個實施例中在布置步驟420中所布置的測量電池組電池被構(gòu)造為可替換的測量電池組電池。在本發(fā)明的另一個有利的實施例中，在布置步驟410和420中多個串聯(lián)電路并行地被布置。
[0043]在圖4中所示出的用于互連電池組中的電池組電池的方法400可以通過確定步驟450被用作用于通過具有不同容量的電池組電池的合適的互連確定具有平坦的電壓特性曲線的電池組中的充電狀態(tài)的方法。
[0044]所描述的方法尤其可以在使用鋰離子電池組的情況下被應(yīng)用在電動工具、園藝工具、計算機(jī)、PDA和移動電話中、混合動力和插入式混合動力車輛中以及電動車輛中。原理上，鋰離子電池組的每個應(yīng)用適合于此，在該應(yīng)用中應(yīng)該進(jìn)行充電狀態(tài)的準(zhǔn)確的確定，這幾乎包括每個應(yīng)用。
[0045]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有分別不同的額定容量的相同電池化學(xué)組成和性質(zhì)的電池組電池的電壓變化曲線。在笛卡爾坐標(biāo)系中，針對L1-NCM或Li(NixCoyMNz) O2類型的電池組電池，關(guān)于容量的電壓變化曲線被繪制。在縱坐標(biāo)上給出了以伏特為單位的電壓，在橫坐標(biāo)上，電池組電池的容量以具有最大容量的電池組電池的百分比被標(biāo)準(zhǔn)化，該最大容量以100%容量來給出。曲線510代表具有100%容量的電池組電池的電壓變化曲線，曲線520代表具有90%容量的電池組電池的電壓變化曲線，曲線530代表具有80 %容量的電池組電池的電壓變化曲線以及曲線540代表具有70 %容量的電池組電池的電壓變化曲線。所有的電壓變化曲線510、520、530、540共同地是連續(xù)的略微下降的電壓變化曲線，直至電池組電池的額定容量的大約一半，跟隨著僅僅很小的電壓降的階段，直至電池組電池的總?cè)萘康姆烹娗安痪茫渲性谠摰诙A段結(jié)束時的電壓對應(yīng)于放電過程開始時的電壓的大約三分之二。在電池組電池的完全放電結(jié)束前不久，電壓變化曲線幾乎垂直地下降，因此在電池組電池完全放電的情況下不再施加電壓。四個所示出的電壓變化曲線510、520、530、540在縱坐標(biāo)上都起始于相同的電壓，并且在橫坐標(biāo)上根據(jù)其額定容量而結(jié)束。圖5針對以L1-NCM為例具有分別不同的容量的電池示出關(guān)于容量所繪制的電壓變化曲線。本發(fā)明涉及一種用于確定由多個電池組電池組成的電池組的充電狀態(tài)的方法，所述電池組電池的電壓特性曲線平坦地延伸，由此通常的通過測量開路電壓對充電狀態(tài)的確定不能有意義地進(jìn)行。
[0046]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例具有分別不同的額定容量的相同電池化學(xué)組成和性質(zhì)的電池組電池的電壓變化曲線。鋰硫電池組電池的電壓變化曲線盡管有不同的額定容量在電池組電池的放電過程期間仍具有可比較的電壓變化曲線。在笛卡爾坐標(biāo)系中，在縱坐標(biāo)上示出了電壓并且在橫坐標(biāo)上示出了電池組電池的容量。四個電壓變化曲線610、620,630,640示出關(guān)于電池組電池中還存在的容量的施加在電池組電池上的電壓。曲線610示出具有100%容量的用作參考的電池組電池的電壓變化曲線。曲線620示出相較于以曲線610示出的用作參考的電池組電池具有90%的容量的電池組電池的電壓變化曲線。曲線630示出相較于以曲線610示出的用作參考的電池組電池具有80%的容量的電池組電池的電壓變化曲線。曲線640示出相較于以曲線610示出的用作參考的電池組電池具有70 %的容量的電池組電池的電壓變化曲線。橫坐標(biāo)示出在電池組電池的放電過程期間提取的容量。曲線610的電壓變化曲線結(jié)束于100%容量處。與此相應(yīng)地，曲線620的電壓變化曲線結(jié)束于90%處，曲線630的電壓變化曲線結(jié)束于80%處并且曲線640的電壓變化曲線結(jié)束于70%處。對于所有的電壓變化曲線共同的是在放電開始時強(qiáng)烈的下降、在大約放電的三分之一之后電壓變化曲線的大約同樣大的下降以及在放電結(jié)束前不久或直至放電結(jié)束大約兩倍這樣高的電壓下降直至零。圖6針對具有分別不同的容量的電池、例如鋰硫示出關(guān)于容量所繪制的電壓變化曲線。
[0047]在圖5和圖6中所示出的電壓變化曲線清楚地示出，在放電過程期間直至完全放電前不久不能作出關(guān)于在電池組電池中還存儲的剩余容量的可靠的結(jié)論。這可以通過電池組之內(nèi)的電池組電池的根據(jù)本發(fā)明的運行電路(Fahrschal tung)成本低地并且有效地被改進(jìn)。
[0048]在特別高的程度上，本發(fā)明的在這里所介紹的實施例適用于插入式混合動力車輛以及電動車輛，因為在那里特別是在放電過程快結(jié)束的時候應(yīng)可以進(jìn)行電池組充電狀態(tài)的可靠并且可加負(fù)荷的確定。
[0049]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電池組電池的關(guān)于充電狀態(tài)的電壓變化曲線。在笛卡爾坐標(biāo)系中，在縱坐標(biāo)上繪制了電壓并且在橫坐標(biāo)上繪制了以額定充電容量的百分比為單位的充電狀態(tài)。額定容量閾值710定義電池組電池的額定容量。在圖7中所示出的示例性的電壓變化曲線示出充電狀態(tài)700，該充電狀態(tài)對應(yīng)于在L1-NCM電池組電池的放電期間的電壓變化曲線。電池組電池在充電狀態(tài)等于額定容量閾值710時具有電壓720。另外的為此更小的電壓730表征預(yù)先定義的充電狀態(tài)閾值740。
[0050]所說明的并且在圖中被示出的實施例僅僅示例性地被選擇。不同的實施例可以完全地或關(guān)于各個特征相互被組合。一個實施例也可以通過另外的實施例的特征來補(bǔ)充。
[0051]此外，根據(jù)本發(fā)明的方法步驟可以被重復(fù)以及以與所說明的順序不同的順序來實施。
[0052]如果一個實施例包括在第一特征和第二特征之間的“和/或”連接，那么這可以看出，該實施例根據(jù)一種實施方式不僅具有第一特征而且具有第二特征并且根據(jù)另一種實施方式或者只具有第一特征或者只具有第二特征。
【權(quán)利要求】
1.用于互連電池組(100)中的電池組電池(110、120)的方法(400)，其中所述電池組(100)具有在串聯(lián)電路中的至少一個測量電池組電池(110)和至少一個標(biāo)準(zhǔn)電池組電池(120)，其中標(biāo)準(zhǔn)電池組電池(120)至少具有大于額定容量閾值(710)的額定容量，其中測量電池組電池(110)具有小于所述額定容量閾值(710)的額定容量，其中測量電池組電池(110)具有可控的橋接(130)，其中所述方法(400)具有以下步驟: 監(jiān)控(430)所述至少一個測量電池組電池(I 10)的充電狀態(tài)(700)； 當(dāng)所述至少一個測量電池組電池(110)的充電狀態(tài)(700)低于預(yù)先定義的充電狀態(tài)閾值(740)時，在使用所述可控的橋接(130)的情況下橋接(440)所述至少一個測量電池組電池(110)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(400)，其中所述至少一個測量電池組電池(110)在所述電池組(100)中被構(gòu)造為可替換的測量電池組電池(110)。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法(400)，具有在所述串聯(lián)電路中布置多個測量電池組電池(I 10)的步驟(410)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法(400)，其中在所述布置步驟(410)中多個測量電池組電池(110)根據(jù)其各自的容量在所述串聯(lián)電路中以升序的方式被布置。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法(400)，具有在所述串聯(lián)電路中布置多個標(biāo)準(zhǔn)電池組電池(120)的步驟(420)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5之一所述的方法(400)，其中在所述布置步驟(410)中另外的多個測量電池組電池(110)并且在所述布置步驟(420)中另外的多個標(biāo)準(zhǔn)電池組電池(120)被布置在電池組(100)之內(nèi)的另外的串聯(lián)電路中。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法(400)，其中在所述橋接步驟(440)中，當(dāng)所述至少一個測量電池組電池(110 )的充電狀態(tài)(700 )超過另外的預(yù)先定義的充電狀態(tài)閾值時，橋接所述至少一個測量電池組電池(110)，其中所述另外的預(yù)先定義的充電狀態(tài)閾值對應(yīng)于所述測量電池組電池(110)的額定容量。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法(400)，具有在使用所述至少一個測量電池組電池(110)的充電狀態(tài)(700)和/或在所述橋接步驟(440)中所輸出的橋接信號的情況下確定所述電池組(100)的充電狀態(tài)的步驟(450)。
9.監(jiān)控裝置，具有被構(gòu)造用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的方法(400)的步驟的裝置。
10.電池組(100)，所述電池組具有在串聯(lián)電路中的多個相同電池化學(xué)組成和性質(zhì)的電池組電池(110、120)，其中所述電池組(100)具有以下特征: 至少一個標(biāo)準(zhǔn)電池組電池(120)，所述標(biāo)準(zhǔn)電池組電池至少具有大于額定容量閾值(710)的額定容量；和 至少一個測量電池組電池(110)，所述測量電池組電池具有小于所述額定容量閾值(710)的額定容量，其中所述測量電池組電池(110)具有可控的橋接(130)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池組(100)，具有根據(jù)權(quán)利要求9所述的監(jiān)控裝置。
12.計算機(jī)程序產(chǎn)品，具有用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的方法(400)的程序代碼，其中所述計算機(jī)程序產(chǎn)品在監(jiān)控裝置上被實施。
【文檔編號】G01R31/36GK104204832SQ201380017009
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月29日
【發(fā)明者】M.滕策爾, J.珀勒 申請人:羅伯特·博世有限公司