CN111164850A - 用于借助电压脉冲来对电蓄能器充电的方法 - Google Patents

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Abstract

描述一种用于对电蓄能器充电的方法，其中所述电蓄能器包括至少一个电蓄能器单元，并且针对所述电蓄能器来预给定预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值。在此以脉冲形的充电电压来对所述电蓄能器充电，其中在脉冲持续时间期间的至少一个脉冲情况下所述脉冲形的充电电压的最大值大于所述预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值。此外描述一种用于对电蓄能器充电的设备、相应的计算机程序、相应的机器可读的存储介质和相应的电蓄能器。

Description

用于借助电压脉冲来对电蓄能器充电的方法
技术领域
本发明从用于对电蓄能器充电的方法、用于对电蓄能器充电的设备、相应的计算机程序、相应的机器可读的存储介质和电蓄能器出发，其中该电蓄能器包括电蓄能器单元并且针对该电蓄能器预给定预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值。
背景技术
在车辆的、尤其是机动车的日益电气化的过程中，越来越多地使用由多个更小单元组成的电蓄能器。其尤其是基于锂离子技术而大多涉及电池组包，该电池组包由多个电池组模块或电池组电池构成。为了保证这些蓄能器的安全性，大多监控如下参量，例如电蓄能器的或组成电蓄能器的更小的单元的电流和电压。如果这些参量超出或者未超出确定的阈值或极限值，则这意味着对于电蓄能器的安全性的风险。因此尤其是在最大容许的上限蓄能器电压情况下担忧，并且采取预防措施，使得并不超出最大容许的上限蓄能器电压。例如在超出该极限值的情况下断开开关、例如接触器，以便保护蓄能器免受损坏。
如果应借助其来对电蓄能器充电的电压超出最大容许的蓄能器电压，则不可能以简单的方式来使用该电压用于对该电蓄能器充电。例如，针对相应的电压变换而使用直流电压变换器，以便减小充电电压。这要求附加的电子构件。
在出版物US 6094033中建议一种用于电池组的快速充电的方法和***。在此，例如使用不同长度的电流和电压脉冲。
在出版物US 2013/141828中描述一种电池组监控***，该电池组监控***在过充电或过放电的情况下将电池组从电压输送装置断开。
发明内容
公开一种具有独立专利权利要求的特征的用于对电蓄能器充电的方法。
在此，以脉冲形的充电电压来对电蓄能器充电，该电蓄能器包括至少一个电蓄能器单元，其中在脉冲持续时间期间的该充电电压的至少一个脉冲情况下，充电电压的最大值大于针对该电蓄能器预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值。
该蓄能器电压极限值由电蓄能器单元的或电蓄能器的制造商来预给定并且被视为是安全相关的。例如，该蓄能器电压极限值可以是在100%的充电状态情况下的蓄能器电压，例如4.2V或者在4.1V至4.5V、尤其是4.3V至4.4V之间的范围内。在两个或更多个蓄能器单元的情况下，则相应地通过与蓄能器单元的数目相乘来得出蓄能器电压极限值。由于脉冲形的充电电压，充电电压并不连续地而是仅仅在脉冲持续时间期间超出蓄能器电压极限值，这并不引起蓄能器或蓄能器单元饱和。这是有利的，因为该电蓄能器因此以超出自身的容许的蓄能器电压极限值的充电电压来被充电并且由此例如不需要附加的直流电压变换器。
本发明的其他有利的实施方式是从属权利要求的主题。
适宜地，这样操控例如包括功率半导体的电子电路，使得通过电子电路来将施加在该电子电路上的充电电压、例如在12.5V至15V之间的范围内、优选在13V至15V之间的范围内的直流电压转换成脉冲形的充电电压。在此，以有利的方式保持在电路上施加的充电电压的电压等级，使得该脉冲形的充电电压具有相同的电压等级，也即在12.5V至15V之间的范围内或者在13V至15V之间的范围内的相同的电压等级。优选地在以上说明的电压范围内，连续的直流电压因此转换成脉冲形的直流电压，其中保持获得该电压水平。因此可以以有利的方式简单地并且低成本地实现电子电路。
适宜地，确定该电蓄能器的充电状态参量。该充电状态参量可以例如包括蓄能器的电压、优选所谓的空转电压或者电蓄能器的充电状态。可以例如在电蓄能器的不同极性的连接极之间确定蓄能器的电压，或者作为在其中至少一个电蓄能器单元上降落的电压而确定蓄能器的电压。此外，执行所确定的充电状态参量与预先限定的充电状态参量阈值的比较。在充电状态参量超出或达到预先限定的充电状态参量阈值的情况下，也即在充电状态参量大于或等于预先限定的充电状态参量阈值的情况下，中断电蓄能器的充电。在此，充电状态参量阈值可以与预先限定的最大容许的蓄能器电压极限值相同。因此，以有利的方式来避免电蓄能器的过充电。因此，并不由此来负面地影响电蓄能器的安全性。
适宜地，脉冲形的充电电压的脉冲持续时间比脉冲周期的一半更短或者等于脉冲周期的一半。因此，仅仅在最大为脉冲周期的一半的期间，在电蓄能器上施加比最大容许的蓄能器电压极限值更大的电压。这具有如下优点：电蓄能器的损害的风险能够保持得小。
适宜地，脉冲形的充电电压的脉冲持续时间小于50ms。因此，以有利的方式仅在最大50ms的期间内在该电蓄能器上施加在最大容许的蓄能器电压极限值之上的电压。因此，可以以有利的方式最小化电蓄能器的损害的风险。
适宜地，在脉冲持续时间期间的脉冲形的充电电压的平均值大于预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值。因此，电压必要时也可以在脉冲持续时间期间在预先限定的最大容许的蓄能器电压极限值之下。这可以例如在充电电流流动并且由此造成例如在到蓄能器的电引线上的相应大的电压降的情况下出现。因此，以有利的方式确保：在脉冲持续时间期间充电电压至少平均大于预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值。
此外，本公开的主题是用于对电蓄能器充电的设备，其中该电蓄能器包括至少一个电蓄能器单元并且针对该电蓄能器预给定预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值。在此，该设备具有用于连接到电蓄能器上的电子电路和至少一个用于控制电子电路的装置，它们被设立用于，执行所公开的方法的步骤。该装置可以例如是电子控制单元，尤其是电子控制设备。因此，能够实现所公开的方法的上文提及的优点。
适宜地，该电子电路具有两个功率半导体开关，这些功率半导体开关以相反方向串联。因此，开关的快速接通和关断是可能的，这是有利的，以便最小化通过过长的施加的电压引起的电蓄能器的损害的风险。
此外，本公开的主题是计算机程序，该计算机程序包括如下指令，这些指令引起：所公开的设备实施所公开的方法的方法步骤。因此，除了上文提及的优点之外，以有利的方式该设备的快速开始运转是可能的。
此外，本公开的主题是机器可读的存储介质，在该存储介质上存储所公开的计算机程序。因此，对所公开的计算机程序的简单分配是可能的，这使得能够快速实现所公开的方法的所提及的优点。
该公开的主题还是如下电蓄能器，该电蓄能器包括电蓄能器单元和所公开的设备，其中针对该电蓄能器预给定预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值，就如已经在上文描述的那样。因此能够实现上文提及的优点并且此外得出：例如脉冲持续时间以精确匹配的方式与相应的电蓄能器相协调。
电蓄能器单元可以尤其是理解为电化学电池组电池和/或具有至少一个电化学电池组电池的电池组模块和/或具有至少一个电池组模块的电池组包。例如，电蓄能器单元可以是基于锂的电池组电池或基于锂的电池组模块或基于锂的电池组包。尤其是，电蓄能器单元可以是锂离子电池组电池或锂离子电池组模块或者锂离子电池组包。此外，电池组电池可以是锂聚合物蓄电池类型的、镍金属氢化物蓄电池类型的、铅酸蓄电池类型的、锂空气蓄电池类型的或者锂硫蓄电池类型的或者非常一般而言地是任意的电化学成分的蓄电池类型的。作为电蓄能器单元，电容器也是可能的。
所述至少一个用于控制的装置可以例如包括电池组管理控制设备和相应的功率电子装置，例如逆变器以及电流传感器和/或电压传感器和/或温度传感器。电子控制单元、尤其是表现为电池组管理控制设备的电子控制单元可以是这样的装置。
电子控制单元尤其可以理解为如下电子控制设备，所述电子控制设备包括例如微控制器和/或应用专用的硬件模块、例如ASIC，但是所述电子控制单元同样可以包括个人计算机或者有存储器可编程的控制装置。
附图说明
在图中示出本发明的有利实施方式并且在接下来的描述中进一步予以讲述。其中，
图1示出根据一种实施方式的所公开的电蓄能器的示意图；
图2示出根据第一实施方式的所公开的方法的流程图；
图3示出根据第二实施方式的所公开的方法的流程图；
图4示出所公开的脉冲形的充电电压的时间上的变化过程的示意图；和
图5示出由脉冲形的充电电压最终得出的充电电流的时间上的变化过程的示意图。
具体实施方式
相同的附图标记在所有图中表示相同的设备组件或相同的方法步骤。
图1示出根据一种实施方式的所公开的电蓄能器1的示意图。在此，该电蓄能器包括三个电蓄能器单元11、12、13，这些电蓄能器单元在串联电路中相互电连接。此外，该电蓄能器1还具有电子电路18，该电子电路包括两个场效应晶体管14、15。为了控制电子电路18，存在电子控制单元16，该电子控制单元根据开关来断开或闭合所述场效应晶体管。由发电机17来产生用于对电蓄能器单元充电所需的充电电压，该充电电压通过电路18而被转换成脉冲形的充电电压。在此，由发电机产生的电压、尤其是直流电压大于蓄能器的预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值。能够将其他的电组件、例如电泵连接到将先前提及的组件连接的相应电线路上，其中该全体例如构成机动车的车载电网。
图2示出根据第一实施方式的所公开的方法的流程图。在此，该方法用于对电蓄能器充电，该电蓄能器包括至少一个电蓄能器单元，其中针对该电蓄能器预给定预先限定的最大容许的蓄能器电压极限值。在第一步骤S21中，这样操控像是例如在图1中所示的电子电路，使得借助电子电路来将施加到电子电路上的充电电压、像是例如在图1中在电子电路18的右侧施加的充电电压转换成脉冲形的充电电压。
脉冲形的充电电压在第二步骤S22中被使用用于对电蓄能器充电，其中在脉冲持续时间期间的至少一个脉冲情况下，脉冲形的充电电压的最大值大于预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值。这例如在图4中示出。
利用每个脉冲来将电能量输送给电蓄能器。因此，除了第一个脉冲的生成以外，该电蓄能器的充电和该脉冲的生成同时地进行，直至达到电蓄能器的所期望的或者预先限定的充电状态水平。
图3示出根据第二实施方式的根据本发明的方法的流程图。该方法在此用于对电蓄能器充电，该电蓄能器如在图1中所示的那样包括三个电蓄能器单元，其中针对所述电蓄能器预给定预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值。在第一步骤S31中，确定电蓄能器的充电状态。这基于电蓄能器的例如在电蓄能器的不同极性的连接极处能够测量的电压来进行。此外也可能的是，在充电状态确定中采用如下电压，该电压在三个电蓄能器单元之间存在。由此例如避免在线路或电子电路上的电压降，由此使充电状态确定变得更精确。
在第二步骤S32中，将电蓄能器的所确定的充电状态与预先限定的充电状态阈值、例如100%相比较，这在图1中所示的三个电蓄能器单元的情况下例如相应于12.6V的空转电压。
如果这样确定的充电状态超出或达到预先限定的充电状态阈值，也即大于或等于预先限定的充电状态阈值，则在第四步骤S34中中断电蓄能器的充电。
如果所确定的充电状态小于预先限定的充电状态参量阈值，则在第三步骤S33中以脉冲形的充电电压来对电蓄能器充电，其中在脉冲持续时间期间的至少一个脉冲情况下，脉冲形的充电电压的最大值大于预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值。充电状态的确定和检验在此连续地或者以规律间隔地进行。
图4示出就如例如从根据图2或图3所公开的方法而得出的、所公开的脉冲形的充电电压的时间上的变化过程41的示意图。在横坐标轴上描绘时间t，而在纵坐标轴上描绘电压U的值，在此情况下为点形的充电电压。虚线42表示针对电蓄能器预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值。在每个脉冲持续时间期间，脉冲形的充电电压都超出该蓄能器电压极限值。此外显而易见的是，该脉冲持续时间分别比脉冲周期的一半更短。因此在每个脉冲周期其中的大部分期间，并不以大于预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值的电压来加载电蓄能器。
图5示出由脉冲形的充电电压最终得出的充电电流的时间上的变化过程51的示意图，其中所述脉冲形的充电电压正如例如在图4中示出的那样。脉冲形的充电电压造成脉冲形的充电电流。在此电流脉冲的脉冲形状基于蓄能器的电感行为和/或电容行为而可以不同于图5中所示的矩形形状。例如，可以得出或多或少三角形的电流脉冲形状。

Claims (12)

1.用于对电蓄能器（1）充电的方法，其中所述电蓄能器包括至少一个电蓄能器单元（11、12、13），其中针对所述电蓄能器（11、12、13）预给定预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值，所述方法具有步骤：
a）以脉冲形的充电电压来对所述电蓄能器（1）充电，其中在脉冲持续时间期间的至少一个脉冲情况下，所述脉冲形的充电电压的最大值大于所述预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
b）这样操控电子电路（18），使得通过所述电子电路（18）来将施加到所述电子电路（18）上的充电电压转换成所述脉冲形的充电电压。
3.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，所述方法还包括：
c）确定所述电蓄能器（1）的充电状态参量、尤其所述蓄能器（1）的电压；
d) 将所确定的所述充电状态参量与预先限定的充电状态参量阈值进行比较；
e）在所述充电状态参量超出或达到所述预先限定的充电状态参量阈值的情况下，中断所述电蓄能器（1）的充电。
4.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其中所述脉冲持续时间比脉冲周期的一半更短或者等于脉冲周期的一半。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述脉冲持续时间小于50毫秒。
6.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其中在脉冲持续时间期间的脉冲形的充电电压的平均值大于所述预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值。
7.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其中在所述脉冲持续时间期间的所述脉冲形的充电电压大于所述预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值。
8.用于对电蓄能器（1）充电的设备，其中所述电蓄能器包括至少一个电蓄能器单元（11、12、13）并且针对所述电蓄能器（1）预给定预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值，并且其中所述设备包括用于连接到所述电蓄能器（1）上的电子电路（18）和用于控制所述电子电路的装置（16），尤其是电子控制单元（16），所述电子电路和所述用于控制所述电子电路的装置被设立用于，执行根据权利要求1至7其中任意一项所述的方法的步骤。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述电子电路具有两个功率半导体开关（14、15），所述功率半导体开关以相反方向串联。
10.计算机程序，所述计算机程序包括指令，所述指令引起：根据权利要求8或9所述的设备实施根据权利要求1至7其中任意一项所述的方法步骤。
11.机器可读的存储介质，根据权利要求10所述的计算机程序被存储在所述机器可读的存储介质上。
12.电蓄能器（1），所述电蓄能器包括至少一个电蓄能器单元（11、12、13）以及根据权利要求8至9其中任意一项所述的设备，其中针对所述电蓄能器（11、12、13）预给定预先限定的、最大容许的蓄能器电压极限值。
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