CN109906169A - 用于双电压电池的运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的双电压电池的运行方法，所述双电压电池包括多个电池单元块并且包括具有多个功率开关元件的电池电子装置，以用于各个、至少个别电池单元块可选地并联和/或串联连接，其中，一组电池单元块的第一电池单元块和至少一个另外的电池单元块在第一连接布置结构中并联连接以用于提供第一电压，而在第二连接布置结构中串联连接以用于提供第二电压，其中，该组电池单元块中的第一电池单元块配置有并联开关和串联开关，以用于建立并联和/或串联连接，其中，在第一连接布置结构和第二连接布置结构中，至少一个第三电池单元块可并联连接于该组电池单元块，其中，在第二连接布置结构中，第一电池单元块的并联开关根据车辆的运行状态可选地置于闭合位置或打开位置中，在所述第二连接布置结构中，通过闭合串联开关，第一电池单元块与该组电池单元块中的所述至少一个另外的电池单元块串联连接，并且在闭合位置中，该组电池单元块中的第一电池单元块并联连接于所述至少一个第三电池单元块。

Description

用于双电压电池的运行方法
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的双电压电池的运行方法，所述双电压电池包括多个电池单元块并且包括具有多个功率开关元件的电池电子装置，以用于将各个、至少个别电池单元块可选地并联和/或串联连接，其中，一组电池单元块中的第一电池单元块和至少一个另外的电池单元块在第一连接布置结构中并联连接以用于提供第一电压，而在第二连接布置结构中串联连接以用于提供第二电压，其中，该组电池单元块中的第一电池单元块配置有并联开关和串联开关，以用于建立并联和/或串联连接，并且在第一连接布置结构中和在第二连接布置结构中，至少一个第三电池单元块可并联连接于该组电池单元块。
背景技术
构成为用于实施同类型的运行方法的双电压电池由DE 10 2013 113 182 A1已知。在这里规定，将第一组电池单元块和第二组电池单元块并联设置。于是可以提供第一电压或更大的第二电压，其方式为，各电池单元块在组内在第一连接布置结构中并联连接而在第二连接布置结构中串联连接。为了实现转换，各电池单元块配置有功率开关元件。所述功率开关元件例如可以是双向的半导体开关或继电器。
发明内容
本发明的任务是，给出一种改善的用于双电压电池的运行方法，所述运行方法允许对双电压电池的存储容量进行改善的利用。
用于解决该任务，按照本发明的运行方法结合权利要求1的前序部分的特征在于，在第二连接布置结构中，根据车辆的运行状态将第一电池单元块的并联开关置于闭合位置或打开位置中，在所述第二连接布置结构中，通过闭合第一电池单元块的串联开关，所述第一电池单元块与该组电池单元块中的所述至少一个另外的电池单元块串联连接，其中，在所述闭合位置中，该组电池单元块中的第一电池单元块并联连接于所述至少一个第三电池单元块。
本发明的特别的优点在于，在任何情况下，该组电池单元块中的第一电池单元块都能够在第二连接布置结构中增大设置用于提供第一电压的第三电池单元块的容量并且稳定在第一电压下的能量供应。第一电池单元块为此通过闭合并联开关而并联连接于第三电池单元块并且同时处于与该组电池单元块中的另外的电池单元块的串联连接中。除了容量的改善以外，此外穿过提供第一电压的电池单元块的电流流量减少并且串联布置结构的总电阻削减。就这点而言改善用于能量回收的潜能，因为在第二电压下的电流吸收能力改善。同样在能量回收时穿过第一电池单元块的电流流量减少，因为回收电流按份额并且直接流经所述至少一个第三电池单元块。总体上而言，由此各电池单元块的使用寿命提高。
按照本发明的一种优选的实施形式，根据车辆的行驶状态和/或电池状态和/或负载状态进行将第一电池单元块的并联开关置于闭合位置和/或打开位置中。行驶状态、电池状态和/或负载状态就此而言是按本发明或权利要求1的意义的运行状态。并联开关的与行驶状态相关的闭合或打开例如在加速、停住、停车、主动滑行时或在能量回收的状态下进行。当在混合动力车辆中在行驶期间内燃机断开并且车辆速度借助电驱动装置保持恒定时，在这里存在主动滑行。在能量回收的状态中，尤其是车辆的制动能通过发电机转换成电能并且供给双电压电池。在这里要区分以适度的程度的能量回收(当在能量回收中产生的电流既不临界地提高第一电压也不临界地提高第二电压时，存在所述以适度的程度的能量回收)以及强烈的能量回收。当在能量回收中产生的电流可能导致第一电压的临界的提高，则存在所述强烈的能量回收。
按照本发明的一种进一步扩展方案，在双电压电池的存在第一电压的第一连接点上实施电流和/或电压测量。在第一电压下提供的电流小于第一下极限电流或大于第一上极限电流的情况下或者在第一电压小于第一最小电压值的情况下或者在第一电压下运行的用电器提前通知对于电流的提高的需要的情况下，在第二连接布置结构中闭合并联开关。由此有利地实现，设置第一电池单元块不仅用于提供第二电压而且用于通过其与所述至少一个第三电池单元块的并联连接来辅助或稳定在第一电压下的供电。尤其是在第一电压上运行的用电器具有提高的能量需求时，可以这样预防临界的运行状态。
按照本发明的一种进一步扩展方案，在第一连接点上测量第一电流和第一电压，并且在第一电压下提供的电流大于第一下极限电流并且小于第一上极限电流的情况下并且在第一电压大于第一最低电压极限值的情况下并且在第一电压下运行的用电器未提出提高的电流需求的情况下，在第二连接布置结构中打开并联开关。有利地由此符合需求并且根据车辆的电池状态或负载状态或运行状态实现电能供应的进一步稳定。
按照本发明的一种进一步扩展方案，在双电压电池的配置给第二电压的第二连接点上测量电流和电压。在第二电压下提供的电流小于第二上极限电流并且大于第二下极限电流的情况下并且在第二电压小于第二最高电压极限值并且大于第二最低电压极限值的情况下并且在第二电压下运行的用电器未提前通知对于电流的提高的需要的情况下，在第二连接布置结构中闭合并联开关。有利地，可以以本方式尤其是在第二电压下可靠地进行用电器的供电。就此而言并联开关在如下情况下闭合，即，未超过用于双电压电池的充电或放电电流的事先定义的极限值或没有探测出不允许的大电压或小电压。
按照本发明的一种进一步扩展方案，在第二电压下提供的电流大于第二上极限电流的情况下或在第二电压下提供的电流小于第二下极限电流的情况下或在第二电压大于第二最高电压极限值的情况下或在第二电压小于第二最低电压极限值的情况下或在第二电压下运行的用电器提前通知对于电流的提高的需要，在第二连接布置结构中打开并联开关。有利地通过用于打开并联开关的算法来保证，在双电压电池在第二电压上存在强烈的当前或即将来临的负载时，减少对于在第一电压下运行的用电器的影响，其方式为，取消第一电池单元块的并联布置结构。第二电压于是通过第一电池单元块和所述至少一个另外的电池单元块来提供，而第一电压通过所述至少一个第三电池单元块来提供。在能量供应中的相互作用就此而言被抑制。
由其他从属权利要求和以下的说明得出本发明其他的优点、特征和细节。在那里提到的特征可以分别单独本身地或者以任意的组合对本发明是重要的。所述附图仅用于示例性地澄清本发明并且不具有限制的特性。
附图说明
以下借助附图进一步阐述本发明。图中：
图1示出按照本发明的用于车辆的双电压电池的原理电路图；
图2示出按照图1的用于双电压电池的第一状态图；
图3示出按照图1的用于双电压电池的第二状态图；
图4示出按照图1的用于双电压电池的第三状态图；以及
图5示出按照图1的用于双电压电池的第四状态图。
具体实施方式
按照图1的双电压电池1总共包括八个电池单元块A1、A2、A3、C、D。在所述总共八个电池单元块A1、A2、A3、C、D中，第一电池单元块A1和两个另外的电池单元块A2、A3形成第一组2电池单元块A1、A2、A3。两个第三电池单元块C、D以及在按照图1的原理电路图中遮盖示出的包括三个另外的电池单元块的第二组3并联连接于所述第一组2电池单元块A1、A2、A3。
电池单元块A1、A2、A3、C、D配置有并联开关ΡΟ+、P1+、P2+、P3+、P2-、P3-和串联开关S1、S2、S3作为功率开关元件。所述功率开关元件尤其是可以实施为双向的半导体开关或继电器。功率开关元件P0+、P1+、P2+、P3+、P2-、P3-、S1、S2、S3与电池单元块A1、A2、A3、C、D的配置这样进行，使得在第一连接布置结构中，第一电池单元块A1和第一组2和第二组3电池单元块A1、A2、A3中的另外的电池单元块A2、A3并联于第三电池单元块C、D连接。在第一连接布置结构中，在双电压电池1的第一连接点4上提供第一电压。在第二连接布置结构中，第一电池单元块A1和第一组2电池单元块A1、A2、A3和第二组3电池单元块的另外的电池单元块A2、A3彼此串联连接。在第二连接布置结构中，在第二连接点5上双电压电池1提供较高的第二电压。可选地可以在第二连接布置结构中附加地提供在第一连接点4上的第一电压。
起动发电机6配置给双电压电池1。起动发电机6可选地可以在第二电压下通过第一功率开关元件7和/或在第一电压下通过第二功率开关元件8来连接。起动发电机6可以由双电压电池1运行或在发电运行中利用，以便将制动能转换为电能并且馈入到双电压电池1中。
在双电压电池1的第一连接点4上连接有至少一个第一用电器9，所述第一用电器在第一电压下运行。在双电压电池1的第二连接点5上可以以类似的方式连接有至少一个第二用电器10，所述第二用电器在第二电压下运行。可选地，为了测量技术上检测第一电压和/或第二电压和提供给所述至少一个第一用电器9的电流和/或提供给所述至少一个第二用电器10的电流，设置用于实施在第一连接点4和/或第二连接点5上的电流和电压测量的器件。相应的测量器件在按照图1的原理简图中未示出。
为了在运行中优化利用由双电压电池1提供的容量，按照本发明设置对配置给第一电池单元块A1的并联开关P1+的智能操纵。在此，这样使得在第二连接布置结构中，第一电池单元块A1的并联开关P1+可以与运行状态相关地打开或闭合，在所述第二连接布置结构中，组合成第一组2的电池单元块A1、A2、A3串联连接并且在第二连接点5上提供第二电压。作为运行状态在这里尤其是考虑车辆的行驶状态、双电压电池1的电池状态或车辆的包括第一用电器9和第二用电器10的车载电网的负载状态。
以下借助四个状态图示例性地阐述按照本发明的用于双电压电池1的运行方法。在此假定，将12V作为双电压电池1的第一电压并且将48V作为其第二电压提供。
图2示出按照本发明的用于双电压电池1的运行方法的第一状态图。在此，这样使得第一电池单元块A1的并联开关P1+在电池单元块A1、A2、A3的并联配置(第一连接布置结构)中通常闭合。在双电压电池1的串联配置(第二连接布置结构)中，与此相对与运行状态相关地可选地打开或闭合并联开关P1+。尤其是，并联开关P1+在如下情况下闭合，即，在第二电压U48下提供的电流I_48小于第二上极限电流I_48_lim_plus并且大于第一下极限电流I_48_lim_minus的情况下并且在第二电压U48小于第二最大电压值U48_lim_max并且大于第二最小电压值U48_lim_min的情况下并且在第二电压U48下运行的用电器10未提前通知对于电流I_48的较高需要的情况下。并联开关P1+与此相对在如下情况下打开，即，在第二电压U48下提供的电流I_48大于第二上极限电流I_48_lim_plus的情况下或在第二电压U48下提供的电流I_48小于第二下极限电流I_48_lim_minus的情况下或在第二电压U48大于第二最大电压值U48_lim_max或第二电压U48小于第二最低电压极限值U48_lim_min的情况下或在所述至少一个在第二电压U48下运行的用电器10提前通知对于电流I_48的较高需要的情况下。在这里就这点而言定义电压和电流极限值I_48_lim_plus、I_48_lim_minus、U48_lim_max、U48_lim_min并且可以借助配置给第二连接点5的测量器件确定用于双电压电池1的充电或放电电流以及第二电压U48的大小。用于第一电池单元块A1的并联开关P1+在如下情况断开或者说打开，即，违反用于电流和电压的极限值，并且附加地，在双电压电池1的48V车载电网中的智能用电器10在引取大电流之前经由通信及早通知这点。因此双电压电池1可以已经在引取大电流的准备阶段中解耦车载电网，如果否则将高于或低于定义的极限值或可假定这一点的话。因此利用按照本发明的方法，12V车载电网可以在48V车载电网的临界运行情况下与所述48V车载电网分开并且稳定。
用于12V车载电网的进一步稳定根据按照图3的状态图在如下情况得出，即，只要在第一电压U12下提供的电流I_12小于第一下极限电流I_12_lim_minus的情况下或者在第一电压U12下提供的电流I_12大于第一上限电流I_12_lim_plus的情况下或者在第一电压U12小于第一最低电压极限值U12_lim_minus的情况下或者在第一电压U12下运行的用电器9提前通知对于电流I_12的较高需求的情况下，在串联配置中并联开关P1+闭合。与此相对，并联开关P1+在如下情况打开，即，在第一电压U12中运行的电流I_12大于第一下极限电流I_12_lim_minus并且小于第一上极限电流I_12_lim_plus的情况下并且在第一电压U12大于第一最低电压极限值U12_lim_minus的情况下并且在第一电压U12下运行的用电器9未提前通知对于电流I_12的较高需求的情况下。按照本发明，就此而言实现，符合需求地适配并且尤其是提高用于12V车载电网的容量。12V车载电网的对安全关键的用电器9就此而言可以可靠地被供应电能并且避免临界的行驶状态。
在双电压电池1的串联配置(第二连接布置结构)中，可以对于特别的行驶状态此外设置对并联开关P1+的操纵。例如在如下情况并联开关P1+为了解耦车载电网而打开，即，车辆强烈加速、主动滑行或存在高程度的能量回收。在正常的行驶期间、在停车期间或在正常的能量回收时，与此相对地，用于第一电池单元块A1的并联开关P1+闭合。
图5示出用于电池单元块A1、A2、A3、C、D的第一连接布置结构(并联的配置)的状态图。在这里，这样使得可以补偿用于电池单元块A1、A2、A3、C、D的不同高的荷电状态，其方式为，并联开关P1+符合需求地打开或闭合。例如第一组2电池单元块A1、A2、A3中的第一电池单元块A1可以具有比该组2电池单元块A2、A3中的另外的电池单元块A2、A3低的荷电状态，因为这些电气单元块在串联配置中并联开关P1+闭合时在能量回收的状态中不如第一组2电池单元块A1、A2、A3中的另外的电池单元块A2、A3那样强烈地充电。另一方面，第一电池单元块A1可以具有比第一组2电池单元块A1、A2、A3中的另外的电池单元块A2、A3高的荷电状态，因为在并联开关P1+闭合并且48V车载电网中强烈负载的情况下例如在加速时穿过所述另外的电池单元块A2、A3的块电流特别高。为了补偿在电池单元块A1、A2、A3、C、D之间的荷电差别，并联开关P1+并且必要时另外的并联开关P0+、P2+、P3+可以在第一连接布置结构(并联配置)中能量消耗期间打开，从而建立用于不同的电池单元块A1、A2、A3、C、D的被补偿的荷电平衡。例如，如果存在能量回收情况并且用于第一电池单元块A1的荷电状态小于第一组2电池单元块A1、A2、A3的各电池单元块A1、A2、A3的平均荷电状态，在并联配置中打开用于第一电池单元块A1的并联开关P1+。类似地，如果用于电池单元块A1的荷电状态大于第一组2电池单元块A1、A2、A3的平均荷电状态或不存在能量回收情况，则闭合并联开关P1+。
相同的构件和构件功能通过相同的附图标记表示。
附图标记列表
1 双电压电池
2 电池单元块的组
3 电池单元块的组
4 连接点
5 连接点
6 起动发电机
7 功率开关元件
8 功率开关元件
9 用电器
10 用电器
A1 电池单元块
A2 电池单元块
A3 电池单元块
C 电池单元块
D 电池单元块
I_12 第一电流
I_12_lim_plus 第一上极限电流
I_12_lim_minus 第一下极限电流
I_48 第二电流
I_48_lim_plus 第二上极限电流
I_48_lim_minus 第二下极限电流
P0+ 并联开关(功率开关元件)
P1+ 并联开关(功率开关元件)
P2+ 并联开关(功率开关元件)
P2- 并联开关(功率开关元件)
P3+ 并联开关(功率开关元件)
P3- 并联开关(功率开关元件)
S1 串联开关(功率开关元件)
S2 串联开关(功率开关元件)
S3 串联开关(功率开关元件)
U12 第一电压
U12_lim_min 第一最低电压极限值
U48 第二电压
U48_lim_max 第二最高电压极限值
U48_lim_min 第二最低电压极限值

Claims (11)

1.用于车辆的双电压电池(1)的运行方法，所述双电压电池包括多个电池单元块(A1、A2、A3、C、D)并且包括具有多个功率开关元件(P0+、P1+、P2+、P3+、P2-、P3-、S1、S2、S3)的电池电子装置，以用于将各个、至少个别电池单元块(A1、A2、A3、C、D)可选地并联和/或串联连接，其中，将一组(2、3)电池单元块(A1、A2、A3)中的第一电池单元块(A1)和至少一个另外的电池单元块(A2、A3)在第一连接布置结构中并联连接以用于提供第一电压(U12)而在第二连接布置结构中串联连接以用于提供第二电压(U48)，其中，该组(2、3)电池单元块(A1、A2、A3)中的第一电池单元块(A1)配置有并联开关(P1+)和串联开关(S1)，以用于建立并联和/或串联连接，并且在第一连接布置结构和第二连接布置结构中，至少一个第三电池单元块(C、D)可并联连接于该组(2、3)电池单元块(A1、A2、A3)，其特征在于，在第二连接布置结构中，第一电池单元块(A1)的并联开关(P1+)根据车辆的运行状态可选地置于闭合位置或打开位置中，在所述第二连接布置结构中，通过闭合串联开关(S1)，第一电池单元块(A1)与该组(2、3)电池单元块(A1、A2、A3)中的所述至少一个另外的电池单元块(A2、A3)串联连接，其中，在闭合位置中，该组(2、3)电池单元块(A1、A2)中的第一电池单元块(A1)并联连接于所述至少一个第三电池单元块(C、D)。
2.按照权利要求1所述的运行方法，其特征在于，根据行驶状态和/或电池状态和/或负载状态进行将第一电池单元块(A1)的并联开关(P1+)置于闭合位置和/或打开位置中。
3.按照权利要求1或2所述的运行方法，其特征在于，在双电压电池(1)的配置给第一电压(U12)的第一连接点(4)上实施电流和/或电压测量，并且在第一电压(U12)下提供的电流(I_12)小于第一下极限电流(I_12_lim_minus)的情况下或在第一电压(U12)下提供的电流(I_12)大于第一上极限电流(I_12_lim_plus)的情况下或在第一电压(U12)小于第一最低电压极限值(U12_lim_min)的情况下或在第一电压(U12)下运行的用电器(9)提前通知对于电流(I_12)的提高的需求的情况下，在第二连接布置结构中闭合并联开关(P1+)。
4.按照权利要求1至3之一所述的运行方法，其特征在于，在双电压电池(1)的第一连接点(4)上测量电流(I_12)和/或电压(U12)，并且在第一电压(U12)下提供的电流(I_12)大于第一下极限电流(I_12_lim_minus)并且小于第一上极限电流(I_12_lim_plus)的情况下并且在第一电压(U12)大于第一最低电压极限值(U12_lim_min)的情况下并且在第一电压(U12)下运行的用电器(9)未提前通知对于电流(I_12)的提高的需求的情况下，在第二连接布置结构中打开并联开关(P1+)。
5.按照权利要求1至4之一所述的运行方法，其特征在于，在双电压电池(1)的配置给第二电压(U48)的第二连接点(5)上实施电流和/或电压测量，并且在第二电压(U48)下提供的电流(I_48)小于第二上极限电流(I_48_lim_plus)并且大于第二下极限电流(I_48_lim_minus)的情况下并且在第二电压(U48)小于第二最高电压极限值(U48_lim_max)并且大于第二最低电压极限值(U48_lim_min)的情况下并且在第二电压(U48)下运行的用电器(10)未提前通知对于电流(I_48)的提高的需求的情况下，在第二连接布置结构中闭合并联开关(P1+)。
6.按照权利要求1至5之一所述的运行方法，其特征在于，在双电压电池(1)的第二连接点(5)上测量电流(I_48)和/或电压(U48)，并且在第二电压(U48)下提供的电流(I_48)大于第二上极限电流(I_48_lim_plus)的情况下或在第二电压(U48)下提供的电流(I_48)小于第二下极限电流(I_48_lim_minus)的情况下或在第二电压(U48)大于第二最高电压极限值(U48_lim_max)的情况下或在第二电压(U48)小于第二最低电压极限值(U48_lim_min)的情况下或在第二电压(U48)下运行的用电器(10)提前通知对于电流(I_48)的提高的需求的情况下，在第二连接布置结构中打开并联开关(P1+)。
7.按照权利要求1至6之一所述的运行方法，其特征在于，在车辆停住或以适度的程度实施能量回收的情况下，在双电压电池(1)的第二连接布置结构中闭合并联开关(P1+)。
8.按照权利要求1至7之一所述的运行方法，其特征在于，在车辆冷起动的情况下和/或在车辆停车的情况下，将双电压电池(1)置于第一连接布置结构中并且闭合并联开关(P1+)。
9.按照权利要求1至8之一所述的运行方法，其特征在于，在车辆强烈加速或实施强烈的能量回收的情况下或在车辆在主动滑行的行驶状态中运行的情况下，在双电压电池(1)的第二连接布置结构中打开并联开关(P1+)。
10.按照权利要求1至9之一所述的运行方法，其特征在于，在车辆电机驱动的情况下，在双电压电池(1)的第二连接布置结构中打开并联开关(P1+)。
11.按照权利要求1至10之一所述的运行方法，其特征在于，在双电压电池(1)的第一连接布置结构中，通过符合需求地打开和/或闭合并联开关(P1+)来补偿不同的电池单元块(A1、A2、A3、C、D)的荷电状态。
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