CN104379391A - 用于确定蓄电池模块的欧姆内阻的方法、蓄电池管理***和机动车 - Google Patents

用于确定蓄电池模块的欧姆内阻的方法、蓄电池管理***和机动车 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确定蓄电池模块(100)的欧姆内阻的方法，该蓄电池模块具有至少一个蓄电池单元，例如锂离子蓄电池单元，如其例如应用在电动车或混合动力车辆的牵引用蓄电池中，也应用在具有至少部分或有时电驱动的驱动装置的机动车中。本发明因此也涉及机动车和蓄电池管理***(160)。所述方法包括根据对电压强度的测量确定欧姆内阻。本发明的特征在于，所述方法包括连续接通所述蓄电池模块(100)与至少一个另一在负载电流下的蓄电池模块(100)，其中所述方法包括在接通之前和断开之后测量蓄电池模块(100)的电压强度。这实现了明显时间更接近并且几乎同时的对电流和电压强度的测量，这又实现了更好地确定蓄电池模块(100)的实际损耗状态并且用于单个蓄电池单元或蓄电池模块(100)的耐用性的预测。

Description

用于确定蓄电池模块的欧姆内阻的方法、蓄电池管理***和机动车
技术领域
本发明涉及一种用于确定蓄电池模块的欧姆内阻的方法，该蓄电池模块具有至少一个蓄电池单元，例如锂离子蓄电池单元，如其例如应用在电动车或混合动力车辆的牵引用蓄电池中，也应用在具有至少部分或有时电驱动的驱动装置的机动车中应用。本发明因此也涉及机动车和蓄电池管理***。
背景技术
通过改善的蓄能能力、更经常的可再充电性和更高的能量密度蓄电池越来越广泛地得以应用。具有较小的蓄能能力的蓄电池例如用于小的可携带的电子装置例如移动电话、膝上电脑、摄像机以及诸如此类，而具有高的蓄能能力的蓄电池用作用于驱动混合动力或电动车辆等的电机驱动的能源，或者用作静止的蓄电池。
蓄电池能够例如通过蓄电池模块的串联连接形成，其中部分地也能够实现蓄电池模块的并联连接并且蓄电池模块在其侧由串联和/或并联连接的蓄电池单元组成。
对于混合动力或电动车辆的电机的驱动特别适用的是蓄电池模块组，其也称为蓄电池转换器(BDC)。蓄电池模块组包括至少两个串联连接的蓄电池模块，其中另外的蓄电池模块能够并联连接。蓄电池模块在此具有耦合单元并且借助于该耦合单元可单独地接通和断开。因此能够通过相应地接通和断开模块来应用蓄电池模块组，以便产生振荡的电压曲线。在相应的设计中例如能够产生具有接近正弦曲线的电压轮廓，该正弦曲线可用于驱动电动或混合动力车辆。
蓄电池管理***用于蓄电池管理，例如用于原则上控制模块，用于提高蓄电池安全性，用于效率提高并且用于延迟蓄电池模块和有蓄电池模块组合的蓄电池***的寿命。蓄电池管理***的任务是确定蓄电池模块的当前状态。属于对此重要的信息的是蓄电池模块或包含在蓄电池模块中的蓄电池单元的阻抗、欧姆内阻，其中阻抗依赖于蓄电池单元的充电状态、温度和老化程度。
根据现有技术除了蓄电池的正常运行之外也实现了所属的测量。例如在ISO 12405中提出，给待测试蓄电池在秒范围中的时间间隔的测试环境中施加脉冲形充电和放电电流并且在电流脉冲之前和之后测量在蓄电池上的电压。电抗随后作为测量的电压与电流脉冲强度的差的比例产生。
因为电流脉冲在一或多秒内存在，所以两个电压测量也在该时间间隔中相互存在。
发明内容
按照本发明提供一种根据权利要求1用于根据对电压强度的测量确定蓄电池模块的欧姆电阻的方法。蓄电池模块在此是具有至少一个另一蓄电池模块的蓄电池模块组的一部分。
该方法的特征在于重复接通和断开所述蓄电池模块与至少一个另一蓄电池模块，其中该至少一个另一蓄电池模块在负载电流下并且该方法包括在接通之前和断开之后测量蓄电池模块的电压强度。
这实现了在连续运行中在蓄电池模块组的蓄电池模块上阻抗谱。
在一个实施形式中，实现基本上与接通所述蓄电池模块的同时断开另一蓄电池模块，其中如此选择所述另一蓄电池模块，使得蓄电池模块组的输出电压、蓄电池模块组的充电和放电电流强度以及蓄电池模块组的温度中至少之一不受基本上同时的开关的影响。
这样的同时接通和断开特别小地影响连续运行。
在另一实施形式中，以在相继的接通之间的预定的持续时间和在一个接通与紧接着的断开之间的变化的持续时间实现重复的接通和断开。
在另一实施形式中，以在相继的接通之间的变化的持续时间和在一个接通与紧接着的断开之间的预定的持续时间实现重复的接通和断开。
在另一实施形式中，以在相继的接通之间的第一变化的持续时间和在一个接通与紧接着的断开之间的第二变化的持续时间实现重复的接通和断开，其中预定第一与第二变化的持续时间的比例。
按照本发明，还提出根据权利要求6的用于具有至少两个可接通和可断开的蓄电池模块的蓄电池模块组的蓄电池管理***，其中蓄电池模块组包括用于测量蓄电池模块电压强度的装置并且还包括用于将测量的模块电压强度传送到所述蓄电池管理***的装置。
蓄电池管理***设置为，确定由于重复接通和断开至少两个蓄电池模块中之一与至少两个蓄电池模块中在负载电流下的至少另一的至少两个蓄电池模块中之一的传送的蓄电池模块电压强度的变化并且用于确定所述至少两个蓄电池模块中之一的阻抗，其中在接通之前和断开之后确定蓄电池模块的电压强度的测量的变化。
在一个实施形式中，蓄电池管理***设置为，如此控制蓄电池模块组的蓄电池模块的耦合单元和如此进一步处理确定的变化，以使得根据本方法的其他实施形式之一来确定一个蓄电池模块的欧姆内阻。
此外按照本发明提出一种蓄电池模块组，具有提出的蓄电池管理***。最后还要求具有提出的蓄电池模块组的机动车。
本发明有利的改进在说明中描述。
附图说明
根据附图以及随后的描述进一步阐明本发明的实施例。其中：
图1示出了示例性的蓄电池模块，本发明能够应用在其上；
图2示出了示例性的蓄电池模块组，本发明能够应用在其上；以及
图3示出了按照本发明由蓄电池模块组和蓄电池管理***组成的***的例子。
具体实施方式
本发明在基于BDC、也就是基于蓄电池模块组、用于电动或混合动力车辆的蓄电池***的研发范围中进行，并且以下在该实施例中进行描述。但是本发明不限于该实施例，而是有利地能够应用于所有由多个蓄电池模块组成的蓄电池模块组中，所述蓄电池模块允许在负载下的接通和断开。特别是蓄电池***的应用目的对于本发明是不重要的。
图1示出了具有耦合单元110的示例性的蓄电池模块100。耦合单元110或者是蓄电池模块100的一体组成部分或者如图1所示那样是包括蓄电池模块100的***120的组成部分。耦合单元110允许接通和断开蓄电池模块100，也就是至少与***120的也称为端子的极105和106中之一分离。示出的例子的耦合单元110为此通过信号输入端107是可控的。但是也可能的是耦合单元110以预定的频率在没有外部控制的情况下接通和断开模块。由此能够产生矩形电压。、
如果现在***120的多个这样的模块100串联地在一个蓄电池模块组130中设置，如图2所示，并且时间错开地重复地接通和断开，那么能够产生在蓄电池模块组130的端子135与136之间的电压的大约正弦形的电压曲线。在负载下产生相应于电压曲线的电流曲线。
在一个未示出的实施例中，所有集中在一个组中的模块通过唯一的共同的耦合单元接通和断开。该耦合单元能够设置为，产生具有预定频率的正弦形或基本上矩形的电压曲线。或者只要存在用于频率变化的共同的耦合单元的控制可能性，则电压曲线能够以可变的频率产生。
在负载下，每个也是短期的接通和又断开在接通的蓄电池模块100中产生电流冲击或脉冲，因为在接通之前已经流过组130的电流也在接通期间流过接通的模块100。
由于该电流冲击或脉冲集中在模块100中的蓄电池单元的模块电压并且由此还有模块100的电压发生变化。其中实现该变化的时间范围在此通过接通的持续时间确定并且明显位于在一秒以下。因此电压变化的更准确的测量是可能的。
特别是可能的是，重复接通和断开待检测的模块并且如此产生具有多个测量点的测量曲线。
在此重复接通和断开能够根据第一模式以固定的接通持续时间和变化的断开持续时间实现。在此接通持续时间是在接通和直接紧接着的断开之间的时间，而断开持续时间是在断开和直接紧接着的接通之间的时间。随后改变相同方式的电流脉冲的频率。
或者重复接通和断开根据第二模式以变化的接通持续时间和固定的断开持续时间实现。随后以相同频率产生的电流脉冲变化其宽度。
也可能的是，不仅改变接通持续时间而且也改变断开持续时间，在此但是保持接通持续时间与断开持续时间之间的比例恒定。这产生第三模式。
借助于由于接通和再断开在模块100上的电压变化和对在接通期间流过模块的电流的电流强度的测量，能够因此在不同测量条件下根据电压变化与电流强度的比确定接通模块的阻抗。
因此，该确定在连续运行中在负载下是可能的。一旦在运行中测量的阻抗变化，那么这指示涉及模块的老化过程。此外可能的是，将对于接通模式的额定阻抗曲线保存在蓄电池管理***的存储单元中。那么在给定接通模式下由测量确定的阻抗值与在给定接通模式下在存储单元中保存的额定阻抗曲线的差是用于模块中蓄电池单元的变化的指示。
在此也可能的是，如此设计接通，以使得位于在蓄电池组的极之间的电压不变化，接通也就是电压不变的。例如可以在串联或并联连接待检测的模块的情况下断开至今相应接通的其他模块。如果随后又断开待检测的模块，那么又接通其他模块。
也可能的是，电流不变地设置接通。那么流过蓄电池组的负载电流保持恒定。最后对于阻抗测量也有兴趣的是，温度不变地设置接通，因为蓄电池模块的欧姆内阻随温度变化。
模块那么能够集中为也称为簇的模块对，其中每个簇可以检测一个模块，而在此期间相应簇的另一模块同时但是相对于待检测的模块进行开关。
如果模块100与组130的接通在电流的不同相位上也就是在不同电流强度下实现，那么此外能够为组130的一个、多个或所有模块分别确定阻抗曲线。一旦在运行中这样的阻抗曲线变化，而消费装置的预定目标功率已经改变，那么这指示涉及模块的老化过程。此外可能的是，将相应的额定阻抗曲线保存在存储单元中。测量的阻抗曲线与额定阻抗曲线的偏差又能够是模块老化的指示。
图3示出了结合在图2中示出的示例性的组130的示例性的蓄电池管理***160。蓄电池管理***160检测由蓄电池模块组130提供给消费装置的电压曲线和流过的电流并且通过到组130的连接137控制在组130中设置的模块或***。
本发明因此允许在连续运行中模块状态的几乎连续的监控。这实现了，快速和安全地识别效率丧失或甚至模块的故障。这是有利的，因为识别为故障或老化的模块能够被更换，并且因此能够通过对耦合单元的控制的相应变化至少部分补偿由于故障或老化的模块引起的由蓄电池组提供的功率的干扰。

Claims (9)

1.用于确定蓄电池模块(100)的欧姆内阻的方法，其中，该方法包括根据对电压强度的测量确定欧姆内阻，其特征在于，所述方法包括重复接通和断开所述蓄电池模块(100)与在负载电流下的至少一个另一蓄电池模块(100)，其中所述至少一个另一蓄电池模块(100)在负载电流下，并且所述方法包括在接通之前和断开之后测量所述蓄电池模块(100)的电压强度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蓄电池模块(100)是具有多个另外的蓄电池模块(100)的蓄电池模块组(130)的一部分，并且实现基本上与接通所述蓄电池模块(100)的同时断开另一蓄电池模块(100)，其中如此选择所述另一蓄电池模块(100)，以使得所述蓄电池模块组(130)的输出电压、所述蓄电池模块组(130)的充电和放电电流强度以及所述蓄电池模块组(130)的温度中的至少之一不受基本上同时的开关的影响。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，以在相继的接通之间的预定的持续时间和在一个接通与紧接着的断开之间的变化的持续时间实现重复的接通和断开。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，以在相继的接通之间的变化的持续时间和在一个接通与紧接着的断开之间的预定的持续时间实现重复的接通和断开。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，以在相继的接通之间的第一变化的持续时间和在一个接通与紧接着的断开之间的第二变化的持续时间实现重复的接通和断开，其中预先确定第一与第二变化的持续时间的比例。
6.用于具有至少两个可接通和可断开的蓄电池模块(100)的蓄电池模块组(130)的蓄电池管理***(160)，其中所述蓄电池模块组(130)包括用于测量在负载下的蓄电池模块电压强度的装置并且还包括用于将所测量的模块电压强度传送到所述蓄电池管理***的装置，其中所述蓄电池管理***(160)设置为，确定由于重复接通和断开至少两个蓄电池模块(100)中之一与至少两个蓄电池模块(100)中在负载电流下的至少另一引起的、至少两个蓄电池模块(100)中之一的传送的蓄电池模块电压强度的变化并且用于确定所述至少两个蓄电池模块(100)中之一的阻抗，其中在接通之前和断开之后确定所述蓄电池模块(100)的电压强度的测量的变化。
7.根据权利要求6的蓄电池管理***(160)，其中，所述蓄电池管理***(160)设置为，如此控制所述蓄电池模块组(130)的蓄电池模块(100)的耦合单元和如此进一步处理所确定的变化，以使得根据按照权利要求2至5之一所述的方法确定蓄电池模块(100)的欧姆内阻。
8.蓄电池模块组(130)，具有根据权利要求6或7所述的蓄电池管理***(160)和至少两个可接通和可断开的蓄电池模块(100)。
9.机动车，具有根据权利要求8所述的蓄电池模块组(130)。
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