CN110875621A - 执行电驱动运输工具的组合式充电和电池平衡过程的方法 - Google Patents

执行电驱动运输工具的组合式充电和电池平衡过程的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110875621A
CN110875621A CN201910800246.XA CN201910800246A CN110875621A CN 110875621 A CN110875621 A CN 110875621A CN 201910800246 A CN201910800246 A CN 201910800246A CN 110875621 A CN110875621 A CN 110875621A
Authority
CN
China
Prior art keywords
charging
phase
battery pack
vehicle
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910800246.XA
Other languages
English (en)
Inventor
C.沃尔
A.施密特
沈图南
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of CN110875621A publication Critical patent/CN110875621A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/21—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having the same nominal voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/13—Maintaining the SoC within a determined range
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/14—Preventing excessive discharging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/15—Preventing overcharging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于执行电驱动运输工具的组合式充电和电池平衡过程的方法，所述方法包括如下步骤：在第一充电阶段（P1）对所述运输工具的电池组进行部分充电；实施松弛阶段（P2），用于使所述电池组的电池松弛；实施电池平衡阶段（P3），用于建立所述电池组的电池的基本上一致的电压状态；和在第二充电阶段（P4）和/或第三充电阶段（P5）对所述电池组完全充电。

Description

执行电驱动运输工具的组合式充电和电池平衡过程的方法
技术领域
本发明涉及一种用于执行电驱动运输工具的组合式充电和电池平衡过程以及尤其是具有短的停止状态时间（Stillstandzeit）的运输工具的组合式充电和电池平衡过程的方法和设备。
背景技术
从现有技术公知不同类型的电驱动运输工具，诸如载客汽车（PKW）、载货汽车（LKW）、公共汽车、轨道车辆、往返运输车辆、电动自行车等等。根据相应的运输工具的使用目的和用于对运输工具的电驱动装置进行能量供应的分别供支配的电池组容量而定，设置运输工具的相对应的停止状态时间，以便给运输工具的电池组充电。尤其是与具有短停止状态时间（即常常不足以用于执行完整的充电和电池平衡过程的停止状态时间）的运输工具、诸如往返运输车辆相关联地，适用：使用于这些运输工具的电池组的充电和/或电池平衡过程与所描述的短的停止状态时间协调。
WO201788633A1描述了一种电池组包和一种用于给电池组包充电的方法，其中该电池组包包括电池组、平衡设备、充电开关设备、放电开关设备和电池组管理设备。电池组管理设备被设立用于：根据预先限定的边界条件来给电池组充电或放电并且执行该电池组的电池的被动电池平衡（passives Cell-Balancing）。电池组的充电过程规定了具有恒定充电电流的充电阶段的应用以及具有恒定充电电压的充电阶段的应用。
JP2017011978A描述了一种电池组充电设备，该电池组充电设备被设立用于在短时间内高效地给电池组充电。按照本发明的充电过程首先规定了具有高恒定电流的第一充电阶段，以具有低恒定电流的第二充电阶段接替该第一充电阶段，其中这两个充电阶段交替地被执行预先限定次数个重复。在达到预先限定次数个重复之后，实施具有恒定电压的第三充电阶段。
发明内容
按照第一方面，本发明提出了一种用于执行电驱动运输工具的组合式充电和电池平衡过程的方法。该运输工具例如可以是道路车辆（例如往返运输工具、公共汽车、摩托车、电动自行车、载客汽车、运输车、载货汽车）、船舶、飞行器/飞机或电驱动的作工机械。在按照本发明的方法的第一步骤中，在第一充电阶段，执行对运输工具的电池组的部分充电过程。借助于按照本发明的分析单元可以执行对该部分充电过程和随后的方法步骤的控制和/或调节，该分析单元例如可以构型为处理器、数字信号处理器、微控制器等。用于控制和/或调节或用于实施相应的按照本发明的方法步骤的逻辑装置（Logik）例如可以以计算机程序的形式来实现，该计算机程序由该分析单元来执行。优选地，该分析单元可以包括以信息技术方式连接到该分析单元上的内部和/或外部的存储单元，以便例如存储计算结果以及其它由该分析单元产生的和/或接收的数据。该分析单元还可以是现有的电池组管理***的组成部分，或者可以是与电池组管理***相对应的组件，该组件可借助于以信息技术方式的连接与该电池组管理***进行通信。
在考虑预先限定的边界条件（例如遵循预先限定的运行温度范围）的情况下，可以在该运输工具在充电桩的区域内进行了的停车过程之后并且在运输工具与充电桩之间建立电连接之后立即实施第一充电阶段。因为可以假定经受（unterziehen）按照本发明的方法的运输工具通常拥有电池组的低充电状态，所以在第一充电阶段优选地借助于恒定充电电流来进行充电（CC充电）。第一充电阶段的目的是：在考虑技术边界条件的情况下首先给电池组尽可能快地加载最小量的电能量，使得运输工具在有重新使用需求的情况下至少可以被用于所述最小能量量（Mindestenergiemenge）随之带来的最小行程。为了一般可以确保运输工具的高可用性，按照本发明的组合式充电和电池平衡过程规定：该组合式充电和电池平衡过程可以在任意的时间点被中断并且在稍后的时间点继续或者重新开始。尤其是在与例如在机场的自主行驶的往返运输车辆或电动公共汽车相关联的按照本发明的方法的应用中，可以并不总是遵循针对于完整的充电和电池平衡过程的较长的停止状态时间，因此按照本发明的方法这里可以特别有利地被使用。
在第一充电阶段被输送给电池组的电能量例如可以遵循针对电池组的最小充电状态（例如40%或50%）的预先限定的值。优选地，该值可以与运输工具的使用行为适配并且被保存在连接到该分析单元上的存储单元中。替选地或附加地，针对最小充电状态的预先限定的值也可以由运输工具的用户借助于用户输入来规定。这例如可以借助于运输工具的操作元件和/或借助于耦合到运输工具上和/或耦合到分析单元上的（无线和/或有线）移动终端设备来进行，借助于该移动终端设备，例如可以输入运输工具的预计停止状态时间。可以相对应地根据预计的可供用于整个充电和电池平衡过程的时间来选择充电电流或C因子（充电电流或放电电流与容量之商）。优选的C因子可低于用于电池组的快速充电过程的C因子，以便使得没有或者至少没有决定性地由于第一充电阶段的反复实施而缩短电池组的使用寿命。这并不排除：在个别情况下，由于特定边界条件（例如当在例如只有20min的预计短的停止状态时间的情况下存在例如为20%的很低的充电状态时）可以使用如下C因子来用于在第一充电阶段给电池组充电，该C因子在用于快速充电过程的C因子的范围内变动。而相反，在例如为8-9h的、能够实现按照本发明的充电和电池平衡过程的完整流程的预计长停止状态时间下，则可以优选地以更小的C因子来进行充电，以便避免强烈的加热以及必要时避免电池组的使用寿命的缩短。
替选地，也可以将充电时间间隔的长度的预先限定的值（例如30min）用于第一充电阶段的时长。优选地，充电过程可以是AC充电过程、即交变电流充电过程，该AC充电过程优选地在运输工具的停止状态时间内被执行并且允许充电和电池平衡过程的完整流程。如果运输工具例如停在车位上，则该过程例如可以在夜间进行。
在按照本发明的方法的第二步骤中，实施松弛阶段（Relaxationsphase），用于使电池组的电池松弛。需要松弛阶段，以便可以基本上减轻（abklingen）在第一充电过程之后电池的电压的下降，以便在随后的电压测量中可以确定可靠的值。松弛阶段的时长可以通过预先限定的值（例如20-30min）来规定，该预先限定的值又可以保存在被连接到分析单元上的存储单元中。在松弛阶段期间，没有给电池组输送能量，也就是说在第一充电阶段被外加（einprägen）到电池组中的充电电流借助于分析单元在该阶段开始时被切断。因为电池组的松弛是在电池组的电池之内的自给自足的过程，所以在该阶段，分析单元的行动基本上在于执行时间测量和/或对电池组的状态信息的监控，以便可以在适当的时间点结束松弛阶段。此外，分析单元也可以基于运输工具的使用需求而在相应的阶段监控组合式充电和电池平衡过程的可能中断而且必要时可以将电池组和/或充电和电池平衡过程的适当的状态信息保存在被连接到分析单元上的存储单元中。
在按照本发明的方法的第三步骤中，实施电池平衡阶段，用于建立电池组的电池的基本上一致的电压状态。尤其是当电池组的各个电池的电压水平随着时间经过而彼此偏差太大时，由此使电池组的可提取或可添加的电能量的量受限以及因此使通过该电池组来驱动的运输工具的行程可能受限，那么需要实施该阶段。为了应对该问题，各个电池的电压水平可以在所谓的被动电池平衡过程的过程中被补偿到具有最低电池电压的电池的电压水平上。借助于被动电池平衡，在约50-150mV的范围内的电压降低是可能的。这意味着：通过松弛阶段和电池平衡阶段，可以将电池组的电池的电压整体上降低几百mV。电池平衡阶段的时长例如可以通过被保存在连接到分析单元上的存储单元中的预先限定的值来实现，该预先限定的值与分析单元的计时器相结合地规定适合于该阶段的时长。替选地或附加地，基于对各个电池的反复的电压测量，一旦电池的所有被测量到的电压值相应于各个电压值彼此间的预先限定的最大偏差，就也可以结束电池平衡过程。对电池平衡过程的控制和/或调节又可以借助于在分析单元上执行的计算机程序来进行。尽管按照本发明的方法焦点在于被动电池平衡方法的应用，但是该方法不应该限于此。作为替代，只要电池组拥有相对应的技术装备，就也可以使用主动电池平衡方法。因此，在提前（vorzeitig）使用运输工具的情况下，电池平衡阶段能够在经历随后的按照本发明的充电阶段之前实现：达到电池组的如下状态，在该状态下，电池组的电池不仅拥有用于接下来使用的最小充电状态，而且拥有经均衡的（ausbalanciert）状态。
在按照本发明方法的第四步骤中，电池组在第二充电阶段和/或第三充电阶段被完全充电。为了对上文所描述的由于松弛阶段和电池平衡阶段而引起的各个电池的电压降低以及必要时提前结束的第一充电阶段（CC充电阶段）进行均衡（ausgleichen），在第二充电阶段之内可以执行具有恒定充电电流的另一充电过程，其中针对该充电阶段的充电电流的大小尤其可以对应于第一充电阶段的充电电流的大小。第二充电阶段的目标是：将电池组的充电状态尽可能快地提高到在70%-80%的范围内的值，以便在具有恒定电压的第三充电阶段（CV充电阶段）从该充电状态出发来给电池组充电。视电池组在第一充电阶段、松弛阶段和电池平衡阶段之后的充电状态的大小而定，第二充电阶段必要时可以强烈地缩短或者也可以被省去（auslassen）。对第二充电阶段的控制和/或调节又可以借助于按照本发明的分析单元来进行。第三充电阶段可以根据供支配的停止状态时间紧接着被用于对电池组完全充电直至充电终止电压，该充电终止电压大约相应于100%的充电状态。
从属权利要求示出了本发明的优选的扩展方案。
在本发明的另一有利的构型方案中，借助于传感装置来确定电池组的状态信息，并且根据这些状态信息来结束第一充电阶段和/或松弛阶段和/或电池平衡阶段和/或第二充电阶段和/或第三充电阶段。优选地，传感装置包括多个传感器，用于检测电池组的或电池组的电池的电压、充电状态、充电电流和温度，这些电池布置在电池组中和/或电池组上的适当的位置。通过将多个传感器以信息技术方式连接到按照本发明的分析单元的数据输入端上或与分析单元连接的、单独的电池组管理***上，分析单元能够依据电池组的当前的状态信息准确地控制和/或调节按照本发明的方法的各个阶段。以这种方式，能够通过分析单元来例如在开始整个充电和电池平衡过程之前根据电池组的当前的温度来确定针对第一充电阶段的充电电流。对于电池组的温度处在电池组的所容许的运行温度范围的上限的情况来说，优选地可以针对第一充电阶段（CC充电阶段）选择相应地较低的充电电流。在用低充电电流来进行充电的过程中在电池组冷却之后，分析单元例如可以在低于预先限定的温度之后用更高的恒定充电电流继续第一充电过程，使得第一充电阶段的时长可以保持得尽可能小。以这种方式，可以规定并且借助于分析单元来考虑各个充电阶段关于状态信息的大量预先限定的相关性（Abhängigkeit）。以这种方式，完整的组合式充电和电池平衡过程可以尽可能快地并且在确保运输工具的尽可能高的可用性的情况下被执行。就此而论，还可设想的是：在第三充电阶段应用的恒定充电电压同样根据所确定的状态信息来被选择和/或在实施第三充电阶段的过程中被适配于电池组的必要时经改变的状态。
在本发明的另一有利的构型方案中，第一充电阶段和/或松弛阶段和/或电池平衡阶段和/或第二充电阶段和/或第三充电阶段根据运输工具的使用历史和/或用户输入来被结束。也就是说，例如由分析单元来执行的算法可以以代表使用的数据的形式来记录运输工具的所述使用并且可以将这些数据保存在连接到分析单元上的存储单元中。这些数据例如可以包括：运输工具的与工作日或白天时间（Tageszeit）相关的停止状态时间、运输工具所驶向的目的地、用户特定的能量消耗和关于使用的其它信息。通过适当地分析以这种方式收集的关于运输工具的使用的信息，例如可以确定在固定时间点反复（wiederkehrend）的停止状态时间而且将其包含在按照本发明的方法的各个阶段的相应时长和/或充电电流和/或充电电压的计算中。此外，也可以检测并且分析在使用历史中的由运输工具的用户所促使的对组合式充电和电池平衡过程的提前中断（Abbruch）。用于确定使用历史的算法例如可以以人工神经元网络的深度学习（Deep-Learning）算法的形式来实现，该人工神经元网络借助于在分析单元上执行的计算机程序来实现。这种自学习***的优点尤其可在于：在使用历史中的也许最初并不明显的关联可以通过这种自学习***有利地被识别和考虑而且因此可以实现对运输工具的停止状态时间的经改善的预测，以用于执行按照本发明的方法。应指出：就此而论，也可以使用不需要神经元网络的、用于有利地考虑运输工具的使用历史的其它算法。
如上文已经描述的那样，按照本发明的方法主要针对于AC充电过程，也就是说，不仅第一充电阶段，而且第二充电阶段和第三充电阶段都优选地借助于AC充电过程来执行。这并不排除：在各个充电阶段，以DC充电过程的形式的快速充电过程可以被纳入到按照本发明的方法中。
如同样在上文描述的那样，按照本发明，组合式充电和电池平衡过程可以在任意的时间点被中断和继续或者重新开始。为了实现这一点，分析单元例如可以以规律的间隔（例如1或30秒的节拍）来将对于组合式充电和电池平衡过程的中断和/或继续来说相关的全部信息、诸如当前的充电状态、电池平衡状态、在中断时间点的按照本发明的方法的有效阶段（aktive Phase）等等保存在以信息技术方式连接到分析单元上的存储单元中，用于稍后继续进行按照本发明的方法。以这种方式，只要在电池平衡过程的中断和重新开始（Wiederaufnahme）之间的时间间隔不需要重新完整的电池平衡，例如已经开始的电池平衡阶段就可以被中断并且在下个时机（Gelegenheit）中在考虑之前已进行的电池平衡的情况下被引导至结束。
应指出：按照本发明的组合式充电和电池平衡过程优选地完整地被执行。但是，根据特定边界条件，由于状况引起地，各个阶段也可以被强烈缩短或者也可以被省去。如果上次被执行的电池平衡过程才刚在几个小时前发生而运输工具重新被连接到实施按照本发明的方法的充电站上，例如这就可以是该情况。在这种情况下，分析单元可以在执行按照本发明的方法的过程中跳过或者相应地强烈缩短重新的电池平衡过程。
按照本发明的第二方面，提出了一种用于执行电驱动运输工具的组合式充电和电池平衡过程的设备。该设备可包括分析单元，该分析单元例如可以构型为处理器、数字信号处理器、微控制器等。用于控制和/或调节或用于实施相应的按照本发明的方法步骤的逻辑装置例如可以以计算机程序的形式来实现，该计算机程序可以由该分析单元来执行。优选地，该分析单元可以以信息技术方式连接到内部和/或外部的存储单元上，以便例如存储计算结果以及其它由该分析单元产生的和/或接收的数据。该分析单元还可拥有数据输出端，该数据输出端充当与运输工具的电池组管理***和/或电池组的组件的接口。与该数据输出端相结合地（in Verbindung mit…），该分析单元被设立用于：在第一充电阶段对运输工具的电池组进行部分充电；实施松弛阶段，用于使电池组的电池松弛；实施电池平衡阶段，用于建立电池组的电池的基本上一致的电压状态；并且在第二充电阶段和/或第三充电阶段对电池组完全充电。通过该分析单元对各个阶段的控制可以在将电池组的传感装置连接到该分析单元的可选的数据输入端上的情况下进一步被改善，其方式是，将经由该传感装置所提供的电池组的状态信息包含在对该分析单元的控制和/或调节中。
附图说明
随后，本发明的实施例参考随附的附图详细地予以描述。在此：
图1示出了阐明按照本发明的方法的实施例的步骤的流程图；
图2示出了阐明组合式充电和电池平衡过程的各个按照本发明的阶段的电流-电压和充电状态变化过程的图表；和
图3示出了按照本发明的与电池组相结合的设备。
具体实施方式
图1示出了阐明按照本发明的方法的实施例的步骤的流程图。在第一步骤100中，处在停止状态下并且与充电设备70电连接的运输工具的电池组50在第一充电阶段P1首先借助于具有恒定充电电流I的AC充电过程来部分充电（teilladen），以便确保运输工具的高可用性。在步骤200中，实施松弛阶段P2，用于使电池组50的电池松弛。在步骤300中，实施电池平衡阶段P3，用于建立电池组50的电池的基本上一致的电压状态。在步骤400中，电池组50在第二充电阶段P4又借助于具有恒定充电电流I的AC充电过程来充电，以便基本上均衡由于松弛阶段P2和电池平衡阶段P3而造成的电池组50的电池的之前进行的电压降（Spannungseinbruch）。借助于在第二充电阶段P4之后的第三充电阶段P5，紧接着对电池组完全充电。第三充电阶段P5包括具有恒定充电电压U的AC充电过程。在步骤500中，借助于电池组50的传感装置40，在以信息技术方式连接到充电设备70上的分析单元10中确定电池组50的状态信息。在步骤600中，根据所确定的状态信息，第一充电阶段P1和/或松弛阶段P2和/或电池平衡阶段P3和/或第二充电阶段P4和/或第三充电阶段P5借助于分析单元10来结束。步骤500和600优选地在按照本发明的方法的阶段P1、P2、P3、P4、P5中的每个阶段进行之前和/或进行期间被实施，以便使得分析单元10能够在适当的时间点结束相应的阶段P1、P2、P3、P4、P5，以便紧接着开始相应的后续阶段（Folgephase）。
图2示出了阐明电驱动运输工具的组合式充电和电池平衡过程的各个阶段P1、P2、P3、P4、P5的电流变化过程、电压变化过程和充电状态变化过程的图表。在第一充电阶段P1，运输工具的电池组50的电池借助于具有恒定充电电流I的AC充电过程来部分充电，以便在考虑相关的边界条件（例如电池组50的当前的温度或者供支配的最大充电电流等等）的情况下通过引入最小量的电能量来将运输工具尽可能快地重新置于能使用的状态下。借助于按照本发明的分析单元10来控制和/或调节第一充电阶段P1，该分析单元拥有数据输出端14，该数据输出端与充电设备70耦合，该充电设备与电池组50电连接。在该实施例中，恒定充电电流I对应于约为1.5h-1的充电率（C-Rate）。在第一充电阶段P1开始时，电池组50拥有最小的充电状态SoC。电压变化过程U1和U2表示具有最高电压的电池的电压变化过程U1和具有最低电压的电池的电压变化过程U2。在随后的松弛阶段P2，AC充电过程借助于分析单元10的被传输给充电设备70的控制指令被中断了预先限定的时间，使得可以进行电池组50的电池的松弛。在图2中，依据曲线U1、U2和SoC可见由于松弛而造成的电池组50的电池的电压的降低和充电状态SoC的降低。在随后的电池平衡阶段P3，电池组50的电池基于被动平衡方法来均衡。借助于被输送给分析单元10的电池组50的各个电池的电压测量的信息，可以通过分析单元10在适当的时间点结束电池平衡阶段P3。例如在遵循在具有最低电压的电池与具有最高电压的电池之间的预先限定的最大偏差的情况下，那么达到适当的时间点。在随后的第二充电阶段P4，电池组50重新借助于具有恒定充电电流的AC充电过程来充电，以便基本上补偿由于松弛阶段P2和电池平衡阶段P3造成的电池组50的电池的电压降。这里，充电电流I又对应于约为1.5h-1的充电率，就如其也在第一充电阶段P1中所使用的那样。对电池组50的随后的完全充电在第三充电阶段P5进行，该第三充电阶段应用具有恒定充电电压U的AC充电过程。在达到电池组50的最大充电状态SoC（至少几乎100%）的时间点由分析单元10结束第三充电阶段P5。
图3示出了按照本发明的与电池组50相结合的设备。该设备包括分析单元10，该分析单元包括微控制器，该微控制器被设立用于，执行按照本发明的方法、尤其是计算机程序，该计算机程序实现按照本发明的方法。分析单元10以信息技术方式来与外部存储单元20连接，在该外部存储单元中尤其保存预先限定的值和分析单元10的计算结果。分析单元10还拥有数据输入端12，电池组50的传感装置40通过该数据输入端以信息技术方式来与分析单元10连接。分析单元10可以与外部存储单元20合并（zusammenführen）在电池组管理***（BMS）中。传感装置40包括多个传感器，用于确定电池组50的或电池组50的电池的电压、充电状态、温度和充电电流。借助于数据输出端14，分析单元以信息技术方式与充电设备70连接，该充电设备被设立用于：与由分析单元10传送给该充电设备70的控制指令相符地将电能量源60的电能量传递（weiterleiten）给电池组50，用于执行对电池组50的充电过程。

Claims (10)

1.一种用于执行电驱动运输工具的组合式充电和电池平衡过程的方法，所述方法包括：
• 在第一充电阶段（P1）对所述运输工具的电池组（50）进行部分充电（100）；
• 实施（200）松弛阶段（P2），用于使所述电池组（50）的电池松弛；
• 实施（300）电池平衡阶段（P3），用于建立所述电池组（50）的电池的基本上一致的电压状态；和
• 在第二充电阶段（P4）和/或第三充电阶段（P5）对所述电池组（50）完全充电（400）。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
• 借助于传感装置（40）来确定（500）所述电池组（50）的状态信息；
• 根据所述状态信息来结束（600）所述第一充电阶段（P1）和/或所述松弛阶段（P2）和/或所述电池平衡阶段（P3）和/或所述第二充电阶段（P4）和/或所述第三充电阶段（P5）。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其中
• 所述第一充电阶段（P1）和所述第二充电阶段（P4）分别用恒定充电电流来执行；并且
• 所述第三充电阶段（P5）用恒定充电电压来执行。
4.根据权利要求3所述的方法，其中根据所述状态信息来规定和/或在相应的充电阶段的过程中适配所述恒定充电电流和/或所述恒定充电电压。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中
• 所述第一充电阶段（P1），和/或
• 所述松弛阶段（P2），和/或
• 所述电池平衡阶段（P3），和/或
• 所述第二充电阶段（P4），和/或
• 所述第三充电阶段（P5）
根据所述运输工具的使用历史和/或用户输入来被结束。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述第一充电阶段（P1）和/或所述第二充电阶段（P4）和/或所述第三充电阶段（P5）借助于AC充电过程来执行。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述电池平衡阶段（P3）以主动的或被动的电池平衡方法的形式来实施。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述组合式充电和电池平衡过程在任意的时间点被结束，或者被中断并且在稍后的时间点被继续。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述电驱动运输工具是自主行驶的运输工具、尤其是具有短的停止状态时间的运输工具并且优选地是往返运输车辆。
10.一种用于执行电驱动运输工具的组合式充电和电池平衡过程的设备，所述设备包括：
• 分析单元（10）；
• 数据输出端（14）；和
• 充电设备（70），
其中所述分析单元（10）与所述数据输出端（14）和所述充电设备（70）相结合地被设立用于：
• 在第一充电阶段（P1）对所述运输工具的电池组（50）进行部分充电；
• 实施松弛阶段（P2），用于使所述电池组（50）的电池松弛；
• 实施电池平衡阶段（P3），用于建立所述电池组（50）的电池的基本上一致的电压状态；并且
• 在第二充电阶段（P4）和/或第三充电阶段（P5）对所述电池组（50）完全充电。
CN201910800246.XA 2018-08-29 2019-08-28 执行电驱动运输工具的组合式充电和电池平衡过程的方法 Pending CN110875621A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018214566.0A DE102018214566A1 (de) 2018-08-29 2018-08-29 Verfahren zur Durchführung eines kombinierten Lade- und Cell-Balancing-Vorgangs für ein elektrisch angetriebenes Fortbewegungsmittel
DE102018214566.0 2018-08-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110875621A true CN110875621A (zh) 2020-03-10

Family

ID=69526925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910800246.XA Pending CN110875621A (zh) 2018-08-29 2019-08-28 执行电驱动运输工具的组合式充电和电池平衡过程的方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN110875621A (zh)
DE (1) DE102018214566A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021202736A1 (de) 2021-03-22 2022-09-22 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Batteriesystems in einem Kraftfahrzeug
CN115742781A (zh) * 2022-11-24 2023-03-07 北京胜能能源科技有限公司 一种电池充电方法、装置、电子设备及其存储介质

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5561360A (en) * 1994-05-02 1996-10-01 General Motors Corporation Battery cycle life improvements through bifurcated recharge method
US20050140333A1 (en) * 2003-12-26 2005-06-30 Industrial Technology Research Institute Charging method and system thereof
DE102009051731A1 (de) * 2009-11-03 2011-05-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Laden einer Batterie
US20110156661A1 (en) * 2009-12-31 2011-06-30 Tesla Motors, Inc. Fast charging with negative ramped current profile
CN104377396A (zh) * 2014-11-07 2015-02-25 惠州市亿能电子有限公司 一种锂电池组充电方法
CN104467062A (zh) * 2013-09-17 2015-03-25 三星Sdi株式会社 电池的充电方法和电池充电***
US20160193939A1 (en) * 2013-08-15 2016-07-07 Volvo Truck Corporation Method and arrangement for balancing an energy storage system
CN106816932A (zh) * 2017-03-15 2017-06-09 彭旭华 一种动力锂电池快速充电方法
CN107147197A (zh) * 2016-02-29 2017-09-08 深圳市真如铁电源科技有限公司 一种柔性跟随式智能充电方法及充电装置
CN107834618A (zh) * 2016-08-30 2018-03-23 罗伯特·博世有限公司 用于防止锂离子电池组中的锂析出的充电策略

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6121751A (en) * 1999-03-11 2000-09-19 Lockheed Martin Corporation Battery charger for charging a stack of multiple lithium ion battery cells
US20050264263A1 (en) * 2004-06-01 2005-12-01 Tsenter Boris I Methods of charging, equalizing, and controlling Li-based batteries
US20090079390A1 (en) * 2007-09-26 2009-03-26 Kai-Wai Alexander Choi Rechargeable battery array
US9853488B2 (en) * 2008-07-11 2017-12-26 Charge Fusion Technologies, Llc Systems and methods for electric vehicle charging and power management
JP5287089B2 (ja) * 2008-09-26 2013-09-11 マツダ株式会社 自動車のバッテリ制御方法及びその装置
WO2018081912A1 (en) * 2016-11-07 2018-05-11 Corvus Energy Inc. Balancing a multi-cell battery

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5561360A (en) * 1994-05-02 1996-10-01 General Motors Corporation Battery cycle life improvements through bifurcated recharge method
US20050140333A1 (en) * 2003-12-26 2005-06-30 Industrial Technology Research Institute Charging method and system thereof
DE102009051731A1 (de) * 2009-11-03 2011-05-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Laden einer Batterie
US20110156661A1 (en) * 2009-12-31 2011-06-30 Tesla Motors, Inc. Fast charging with negative ramped current profile
US20160193939A1 (en) * 2013-08-15 2016-07-07 Volvo Truck Corporation Method and arrangement for balancing an energy storage system
CN104467062A (zh) * 2013-09-17 2015-03-25 三星Sdi株式会社 电池的充电方法和电池充电***
CN104377396A (zh) * 2014-11-07 2015-02-25 惠州市亿能电子有限公司 一种锂电池组充电方法
CN107147197A (zh) * 2016-02-29 2017-09-08 深圳市真如铁电源科技有限公司 一种柔性跟随式智能充电方法及充电装置
CN107834618A (zh) * 2016-08-30 2018-03-23 罗伯特·博世有限公司 用于防止锂离子电池组中的锂析出的充电策略
CN106816932A (zh) * 2017-03-15 2017-06-09 彭旭华 一种动力锂电池快速充电方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018214566A1 (de) 2020-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gould et al. New battery model and state-of-health determination through subspace parameter estimation and state-observer techniques
KR101424908B1 (ko) 차량용 조전지 균등화 시스템 및 차량용 조전지 균등화 방법
CN101362442B (zh) 电动车辆
JP4884945B2 (ja) 充電状態予測プログラム、架線レス交通システム及びその充電方法
CN103138328B (zh) 电池单元平衡***和方法
JP5573818B2 (ja) 電池均等化装置および方法
US10065526B2 (en) Dynamic power limit adjustment in a battery charging process
JP6414460B2 (ja) バッテリの劣化状態判定装置及び劣化状態判定方法
CN105452050B (zh) 用于平衡能量存储***的方法和装置
CN110875621A (zh) 执行电驱动运输工具的组合式充电和电池平衡过程的方法
JP5477366B2 (ja) 電池充電量制御装置および方法
RU2711949C2 (ru) Способ снабжения напряжением бортовой сети автомобиля
JP2011221012A (ja) バッテリモジュール状態検出装置、バッテリモジュール状態制御装置、バッテリシステム、電動車両、移動体、電力貯蔵装置および電源装置
JP2010161856A (ja) 車載充電器の充電制御装置
JP5561268B2 (ja) 電池充電量制御装置および方法
WO2013084663A1 (ja) 電池充電量制御装置および方法
JP5938633B2 (ja) 電池の充電可否判断装置
JP2016220305A (ja) ハイブリッド自動車およびその充電制御装置
JP6801583B2 (ja) 電動車両
US20230001794A1 (en) Method and device for ascertaining a state of health of a battery for a means of transportation
JP5911897B2 (ja) 二次電池充電制御装置および二次電池充電制御方法
JP2012165580A (ja) 蓄電装置の制御装置
JP5772615B2 (ja) 蓄電システム
CN107813780A (zh) 用于运行车载电网的方法
JP7263988B2 (ja) 充電率推定装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination