用于確定蓄電池模塊的損耗狀態(tài)的方法、蓄電池管理系統(tǒng)、多相蓄電池系統(tǒng)和機(jī)動車的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于確定蓄電池模塊(130)的損耗狀態(tài)的方法，該蓄電池模塊(130)包含至少一個蓄電池單池，例如鋰離子蓄電池單池，如其應(yīng)用在電動車輛或混合動力車輛的牽引蓄電池(140)中，即應(yīng)用在具有至少部分或有時電驅(qū)動的車輛中。該方法包括根據(jù)測量電流強(qiáng)度確定歐姆內(nèi)阻。該蓄電池模塊(100)能夠與至少一個另外的蓄電池模塊(100)串聯(lián)地電地正向地或負(fù)向地連接或與該至少一個另外的蓄電池模塊(100)電地分離。該方法的特征在于，該方法包括分離該蓄電池模塊(100)且測量斷開的電流環(huán)路中分離的蓄電池模塊(100)的多個電流強(qiáng)度。在此確定損耗狀態(tài)不損害該至少一個另外的蓄電池模塊(100)的其他應(yīng)用。
【專利說明】用于確定蓄電池模塊的損耗狀態(tài)的方法、蓄電池管理系統(tǒng)、 多相蓄電池系統(tǒng)和機(jī)動車

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于確定蓄電池模塊的損耗狀態(tài)的方法，該蓄電池模塊包括至少 一個蓄電池單池，例如鋰離子蓄電池單池，如其應(yīng)用于電動車輛或者混合動力車輛的牽引 蓄電池中，即應(yīng)用在具有至少部分地或者有時電驅(qū)動的車輛中。在此本發(fā)明還涉及一種機(jī) 動車和一種蓄電池管理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于優(yōu)化的存儲容量、更頻繁的再充電性和更高的能量密度，蓄電池得到越來越 廣泛的使用。具有更小的能量存儲容量的蓄電池例如為小的便攜電子設(shè)備，如移動電話機(jī)、 筆記本電腦、攝像機(jī)之類所使用，而具有更高容量的蓄電池被用于作為運行混合動力車輛 或者電動車輛等的能量源或者作為靜態(tài)蓄電池。
[0003] 蓄電池例如能夠通過串聯(lián)連接的多個蓄電池模塊來構(gòu)造，其中也有部分蓄電池模 塊并聯(lián)連接且這些蓄電池模塊能夠由串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的多個蓄電池單池組成。
[0004] 多相蓄電池系統(tǒng)尤其適用于驅(qū)動混合動力車輛或者電動車輛的發(fā)動機(jī)，其也被稱 作蓄電池直接逆變器（BDI)。多相蓄電池系統(tǒng)包括至少兩個并聯(lián)連接的蓄電池模塊線路，每 個蓄電池模塊線路包括一個或者多個串聯(lián)連接的蓄電池模塊。在此這些蓄電池模塊具有耦 合單元且在其幫助下能夠單獨地電連接和電分離，同時可以在正極連接和負(fù)極連接之間進(jìn) 行選擇。在此通過相應(yīng)地連接和分離模塊能夠使用該多相蓄電池系統(tǒng)，以產(chǎn)生多個相互相 位延遲的交流電壓。在相應(yīng)的設(shè)置中例如能夠使三個正弦曲線相接近且產(chǎn)生相互相位延遲 的交流電壓特征，這些交流電壓特征能夠直接用于驅(qū)動電動發(fā)動機(jī)或者混合動力發(fā)動機(jī)。
[0005] 蓄電池管理系統(tǒng)被用于蓄電池管理，例如用于對多個模塊的基本控制，用于提高 蓄電池的安全性，用于提高效率和用于延長多個蓄電池模塊以及由多個蓄電池模塊構(gòu)成的 蓄電池系統(tǒng)的使用壽命。蓄電池管理系統(tǒng)的一個任務(wù)是確定蓄電池模塊的當(dāng)前狀態(tài)。在此 為此所使用的信息有例如阻抗、蓄電池模塊或者包含在蓄電池模塊中的多個蓄電池單池的 歐姆電阻，其中阻抗取決于多個蓄電池單池的充電狀態(tài)、溫度和老化程度。
[0006] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行附屬的蓄電池的正常運行以外的測量。例如在ISO 12405中提 出，以秒范圍內(nèi)的時間間隔為待測試的蓄電池施加脈沖狀的充電電流和放電電流且測量電 流脈沖前或后的蓄電池上的電壓。于是得出該阻抗為所測的電壓差與電流脈沖的強(qiáng)度的比 例。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明提出了一種根據(jù)權(quán)利要求1的用于確定蓄電池模塊的損耗狀態(tài)的方 法。該方法包括根據(jù)多個電流強(qiáng)度的測量確定歐姆內(nèi)阻，其中該蓄電池模塊與至少一個另 外的蓄電池模塊串聯(lián)地電正向或者負(fù)向連接地或能夠與至少一個另外的蓄電池模塊電地 分離。該方法的特征在于，該方法包括分離蓄電池模塊和測量所分離的蓄電池模塊的多個 電流強(qiáng)度。
[0008] 在此通過確定蓄電池模塊的損耗狀態(tài)不會損害該至少一個另外的蓄電池模塊的 其他應(yīng)用。
[0009] 因此在一個實施方式中執(zhí)行該方法，在使用蓄電池模塊和該至少一個另外的蓄電 池模塊時蓄電池模塊被分離以產(chǎn)生交流電壓。
[0010] 該方法能夠包括電的阻抗光譜。
[0011] 該電的阻抗光譜能夠包括為蓄電池模塊施加電壓調(diào)制。從而該方法能夠包括根據(jù) 所測得的多個電流強(qiáng)度來確定由于電壓調(diào)制的電流強(qiáng)度調(diào)制。那么為了確定蓄電池模塊的 歐姆內(nèi)阻能夠設(shè)置電壓調(diào)制與電流強(qiáng)度調(diào)制的比值。于是能夠通過相位修正輕易地確定該 歐姆內(nèi)阻。
[0012] 因此在一個實施方式中，該電壓調(diào)制在電的阻抗光譜的范圍內(nèi)這樣進(jìn)行變化，使 得電壓調(diào)制和所確定的電流強(qiáng)度調(diào)制之間的相位延遲變?yōu)榱恪Ｓ谑窃摎W姆內(nèi)阻能夠被確定 為電壓調(diào)制與電流強(qiáng)度調(diào)制的商。
[0013] 測量多個電流強(qiáng)度能夠?qū)е滦铍姵啬K的不同的充電狀態(tài)。
[0014] 通過測量電流強(qiáng)度能夠確定表征蓄電池模塊的電化學(xué)過程特征的時間常數(shù)。與至 少一個預(yù)先確定的時間常數(shù)的比較使得能夠尤其準(zhǔn)確地確定蓄電池模塊的損耗狀態(tài)。
[0015] 此外本發(fā)明還涉及一種用于蓄電池模塊線路的蓄電池管理系統(tǒng)，該蓄電池模塊線 路具有至少兩個能夠串聯(lián)地正向或負(fù)向電連接和單獨電分離的蓄電池模塊，其中該蓄電池 模塊組適用于通過連接和分離該蓄電池模塊來產(chǎn)生交流電壓。此外該蓄電池管理系統(tǒng)包括 用于測量多個蓄電池模塊電流強(qiáng)度的裝置和用于向蓄電池管理系統(tǒng)傳輸所測得的多個電 流強(qiáng)度的裝置。其中該蓄電池管理系統(tǒng)設(shè)置為，使用一個或至少兩個蓄電池模塊的蓄電池 強(qiáng)度來確定一個或者至少兩個蓄電池模塊的損耗狀態(tài)，該蓄電池強(qiáng)度在為了產(chǎn)生交流電壓 進(jìn)行分離一個或者至少兩個蓄電池模塊的期間被傳輸。
[0016] 在一個實施方式中，該蓄電池管理系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生另一個交流電壓的裝置且此 外設(shè)置為，使得為被分離的蓄電池模塊施加另一個交流電壓，確定由于另一個交流電壓的 交流電流強(qiáng)度且為了確定蓄電池模塊的歐姆內(nèi)阻設(shè)置另一個交流電壓與交流電流強(qiáng)度的 比例。其中該蓄電池管理系統(tǒng)還能夠設(shè)置為，另一個交流電壓這樣進(jìn)行變化，使得該另一個 交流電壓和所確定的交流電流強(qiáng)度之間的相位延遲變?yōu)榱?。從而該蓄電池管理系統(tǒng)能夠確 定該歐姆內(nèi)阻為另一個交流電壓與交流電流強(qiáng)度的商。
[0017] 本發(fā)明還涉及一種用于產(chǎn)生相互相位延遲的交流電壓的多相蓄電池系統(tǒng)，其中該 多相蓄電池系統(tǒng)包括蓄電池模塊線路和根據(jù)本發(fā)明的蓄電池管理系統(tǒng)。
[0018] 最后本發(fā)明還涉及一種含有至少能夠有時或者部分電運行的驅(qū)動單元和包含根 據(jù)本發(fā)明的多相蓄電池系統(tǒng)的車輛。
[0019] 本發(fā)明有利的改進(jìn)在從屬權(quán)利要求中說明且在說明書中闡明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 根據(jù)附圖和以下說明進(jìn)一步闡明本發(fā)明的實施例。其中：
[0021] 圖1示出了示例性的能夠用于本發(fā)明的蓄電池模塊；
[0022] 圖2示出了示例性的能夠用于本發(fā)明的蓄電池模塊線路；以及
[0023] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性的多相蓄電池系統(tǒng)。

【具體實施方式】
[0024] 本發(fā)明是在開發(fā)用于電動車輛或者混合動力車輛的多相蓄電池系統(tǒng)的范圍內(nèi)進(jìn) 行的且在下文以實施例描述。但是本發(fā)明并不限于這些實施例，而是能夠有利地用在由多 個蓄電池模塊組成的所有蓄電池系統(tǒng)中，這些蓄電池系統(tǒng)允許串聯(lián)、正向或者串聯(lián)負(fù)向地 接通和分離、即跨接多個蓄電池模塊。用于本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的使用目標(biāo)尤其是不重要 的。
[0025] 圖1示出了帶有耦合單元110的示例性的蓄電池模塊100。該耦合單元110要么 是蓄電池模塊100的集成的組成部分，要么如圖1所示，是包括蓄電池模塊100的系統(tǒng)120 的部件。耦合單元Iio允許，正向地或者負(fù)向地接通蓄電池模塊1〇〇,即例如系統(tǒng)端子105、 106,也就是系統(tǒng)120的端子或者極，與蓄電池模塊端子，即蓄電池模塊100的端子或極，電 連接。該耦合單元Iio也允許，切斷蓄電池模塊1〇〇,即與系統(tǒng)120的端子105和106分離。 在此能夠通過信號輸入端107控制所示示例的耦合單元110。但是還有可能的是，該耦合單 元110通過預(yù)先確定的模塊的頻率連接或者分離，而不需要外部控制。因此能夠產(chǎn)生矩形 交流電壓。
[0026] 如果多個這種模塊100或系統(tǒng)120串聯(lián)布置在蓄電池模塊組130中，如圖2所示， 且時間延遲地重復(fù)正向或負(fù)向地連接或者分離，那么能夠在蓄電池模塊組端子135和136 之間，即蓄電池模塊組130的端子或極之間產(chǎn)生分級變化的電壓的交流電壓曲線。在線路 中相應(yīng)數(shù)量的模塊中能夠近似于正弦狀的交流電壓曲線。在負(fù)載下出現(xiàn)相應(yīng)于電壓曲線的 電流曲線。
[0027] 在未示出的實施例中所有被包括在線路中的模塊通過單個的、共同的耦合單元連 接或者分離。這能夠設(shè)置為，產(chǎn)生具有預(yù)先確定頻率的交流電壓?；蛘吣軌虍a(chǎn)生具有變化 的頻率的交流電壓，其中有利地也存在用于改變頻率的共同的耦合單元的控制可能性。
[0028] 圖3示出了一種示例性的多相蓄電池系統(tǒng)140,其中相互并聯(lián)布置有三個蓄電池 模塊線路130。通過控制多個耦合單元110在多個線路130中的每個中如此接通多個模塊 100,使得每個線路130提供近似正弦狀的交流電壓。其中每個線路130的該近似正弦狀的 交流電壓相互間具有相位延遲，例如延遲三分之一個周期。從而能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)場，通過該旋 轉(zhuǎn)場能夠驅(qū)動電動發(fā)動機(jī)或混合動力發(fā)動機(jī)150。此外通過改變所提供的交流電壓的幅值 和/或相互間的相位延遲能夠調(diào)整該線路中的電流變化且因此能夠調(diào)整發(fā)動機(jī)150在預(yù) 先設(shè)置的目標(biāo)功率上的扭矩。在機(jī)動車中使用發(fā)動機(jī)150的情況下還有可能，根據(jù)發(fā)動機(jī) 150上的制動能量獲得電能且通過相應(yīng)地控制該多個耦合單元110將其直接回饋入蓄電池 模塊100中且從而再次給多個模塊充電。
[0029] 在提供該交流電壓時或在這種以規(guī)律的時間間隔的回饋過程中每個蓄電池模塊 100均被分離。被分離的蓄電池模塊100成為開路電流回路且從而供損耗診斷使用。
[0030] 因此這種確定在運行過程中，在負(fù)載情況下，即在放電進(jìn)程中，或者在充電進(jìn)程 中，且以這樣的頻率是可能的，其對應(yīng)于分離過程的頻率。例如如果確定阻抗且在運行過程 中該阻抗改變，而未改變該發(fā)動機(jī)150的預(yù)先確定的目標(biāo)功率，那么這是對相關(guān)模塊的老 化過程的指示。此外可能的是，對發(fā)動機(jī)150的不同預(yù)先確定的目標(biāo)功率在蓄電池管理系 統(tǒng)的存儲單元中存儲相應(yīng)的額定阻抗。從而在所設(shè)目標(biāo)功率下由測量所確定的阻抗與為該 所設(shè)的目標(biāo)功率備份在存儲單元中的額定阻抗的偏差是模塊中多個蓄電池單池改變的指 /Jn 〇
[0031] 在所分離的多個蓄電池模塊上尤其能夠進(jìn)行電的阻抗光譜、EIS。其中測量電流強(qiáng) 度調(diào)制，其由于具有電壓調(diào)制的蓄電池的施加而實現(xiàn)。該電壓調(diào)制能夠是具有在比例上小 的幅值和能夠變化的頻率ω的另一個交流電壓AUe lut。于是得到了具有相同頻率ω和 相位9?的電壓調(diào)制的所測的電流強(qiáng)度調(diào)制阻抗?jié)M足

【權(quán)利要求】
1. 一種用于確定蓄電池模塊（100)的損耗狀態(tài)的方法，其中，所述方法包括根據(jù)多個 電流強(qiáng)度的測量來確定歐姆內(nèi)阻，并且其中，所述蓄電池模塊（100)能夠與至少一個另外 的蓄電池模塊（100)串聯(lián)地電地正向地或者負(fù)向地連接或從所述至少一個另外的蓄電池 模塊（100)電地分離，其特征在于， 所述方法包括分離所述蓄電池模塊（100)和測量所分離的蓄電池模塊（100)的多個電 流強(qiáng)度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在產(chǎn)生交流電壓期間分離所述蓄電池模塊 (100)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述方法包括通過為所述蓄電池模塊（100) 施加電壓調(diào)制的電的阻抗光譜，根據(jù)所測得的多個電流強(qiáng)度來確定由于所述電壓調(diào)制而引 起的電流強(qiáng)度調(diào)制并且為了確定所述蓄電池模塊（100)的歐姆內(nèi)阻而設(shè)置所述電壓調(diào)制 與所述電流強(qiáng)度調(diào)制的比例。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述電壓調(diào)制這樣進(jìn)行變化，使得所述電壓調(diào)制 和所確定的電流強(qiáng)度調(diào)制之間的相位延遲變?yōu)榱悖覍⑺鰵W姆內(nèi)阻確定為電壓調(diào)制與電 流強(qiáng)度調(diào)制的商。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，多個電流強(qiáng)度的測量導(dǎo)致所述蓄電 池模塊（100)的不同的充電狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，通過多個電流強(qiáng)度的測量來確定表征所述蓄電 池模塊（100)的電化學(xué)過程特性的時間常數(shù)，所述特征時間常數(shù)與至少一個預(yù)先確定的時 間常數(shù)作比較，以確定所述蓄電池模塊（100)的損耗狀態(tài)。
7. -種用于蓄電池模塊組（130)的蓄電池管理系統(tǒng)（160)，所述蓄電池模塊組（130) 具有至少兩個能夠串聯(lián)地正向或者負(fù)向電連接和能夠單獨電分離的多個蓄電池模塊 (100)，其中，所述蓄電池模塊組（130)適用于通過分離和連接所述蓄電池模塊（100)產(chǎn)生 交流電壓，并且所述電池管理系統(tǒng)包括用于測量多個蓄電池模塊電流強(qiáng)度的裝置以及還包 括用于向所述蓄電池管理系統(tǒng)（160)傳輸所測得的多個電流強(qiáng)度的裝置，其中，所述蓄電 池管理系統(tǒng)（160)被設(shè)置為，使用至少兩個蓄電池模塊（100)中的一個的多個蓄電池電流 強(qiáng)度來確定所述至少兩個蓄電池模塊（100)中的一個的損耗狀態(tài)，在為了產(chǎn)生所述交流電 壓進(jìn)行分離所述至少兩個蓄電池模塊（100)中的一個期間傳輸所述多個蓄電池電流強(qiáng)度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的蓄電池管理系統(tǒng)（160)，其中，所述蓄電池管理系統(tǒng)（160)包 括用于產(chǎn)生另一個交流電壓的裝置且進(jìn)一步設(shè)置為，使得為所述分離的蓄電池模塊施加所 述另一個交流電壓，確定因為所述另一個交流電壓的交流電流強(qiáng)度并為了確定所述蓄電池 模塊（100)的歐姆內(nèi)阻設(shè)定所述另一個交流電流與所述交流電流強(qiáng)度的比值，其中所述蓄 電池管理系統(tǒng)（160)還設(shè)置為，所述交流電壓這樣進(jìn)行變化，使得所述交流電壓和所述確 定的交流電流強(qiáng)度之間的相位延遲變?yōu)榱?，且其中所述蓄電池管理系統(tǒng)（160)確定所述歐 姆內(nèi)阻為交流電壓與交流電流強(qiáng)度的商。
9. 一種多相蓄電池系統(tǒng)（140)，其用于產(chǎn)生相互相位延遲的交流電壓，包括蓄電池模 塊線路（130)和根據(jù)權(quán)利要求7至8中任一項所述的蓄電池管理系統(tǒng)（160)。
10. -種機(jī)動車，其包含能夠至少有時或部分電運行的驅(qū)動單元（150)且包含根據(jù)權(quán) 利要求9所述的多相蓄電池系統(tǒng)（140)。
【文檔編號】G01R31/36GK104364667SQ201380029527
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月8日
【發(fā)明者】S·霍爾, H·芬克 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社