用于確定蓄電池模塊的歐姆內(nèi)阻的方法、蓄電池管理系統(tǒng)和機(jī)動(dòng)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(100)的歐姆內(nèi)阻的方法，該蓄電池模塊具有至少一個(gè)蓄電池單元，例如鋰離子蓄電池單元，如其例如應(yīng)用在電動(dòng)車或混合動(dòng)力車輛的牽引用蓄電池中，也應(yīng)用在具有至少部分或有時(shí)電驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)動(dòng)車中。本發(fā)明因此也涉及機(jī)動(dòng)車和蓄電池管理系統(tǒng)(160)。所述方法包括根據(jù)對電壓強(qiáng)度的測量確定歐姆內(nèi)阻。本發(fā)明的特征在于，所述方法包括連續(xù)接通所述蓄電池模塊(100)與至少一個(gè)另一在負(fù)載電流下的蓄電池模塊(100)，其中所述方法包括在接通之前和斷開之后測量蓄電池模塊(100)的電壓強(qiáng)度。這實(shí)現(xiàn)了明顯時(shí)間更接近并且?guī)缀跬瑫r(shí)的對電流和電壓強(qiáng)度的測量，這又實(shí)現(xiàn)了更好地確定蓄電池模塊(100)的實(shí)際損耗狀態(tài)并且用于單個(gè)蓄電池單元或蓄電池模塊(100)的耐用性的預(yù)測。
【專利說明】用于確定蓄電池模塊的歐姆內(nèi)阻的方法、蓄電池管理系統(tǒng)和機(jī)動(dòng)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歐姆內(nèi)阻的方法，該蓄電池模塊具有至少一個(gè)蓄電池單元，例如鋰離子蓄電池單元，如其例如應(yīng)用在電動(dòng)車或混合動(dòng)力車輛的牽引用蓄電池中，也應(yīng)用在具有至少部分或有時(shí)電驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)動(dòng)車中應(yīng)用。本發(fā)明因此也涉及機(jī)動(dòng)車和蓄電池管理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]通過改善的蓄能能力、更經(jīng)常的可再充電性和更高的能量密度蓄電池越來越廣泛地得以應(yīng)用。具有較小的蓄能能力的蓄電池例如用于小的可攜帶的電子裝置例如移動(dòng)電話、膝上電腦、攝像機(jī)以及諸如此類，而具有高的蓄能能力的蓄電池用作用于驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力或電動(dòng)車輛等的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的能源，或者用作靜止的蓄電池。
[0003]蓄電池能夠例如通過蓄電池模塊的串聯(lián)連接形成，其中部分地也能夠?qū)崿F(xiàn)蓄電池模塊的并聯(lián)連接并且蓄電池模塊在其側(cè)由串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的蓄電池單元組成。
[0004]對于混合動(dòng)力或電動(dòng)車輛的電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特別適用的是蓄電池模塊組，其也稱為蓄電池轉(zhuǎn)換器(800。蓄電池模塊組包括至少兩個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池模塊，其中另外的蓄電池模塊能夠并聯(lián)連接。蓄電池模塊在此具有耦合單元并且借助于該耦合單元可單獨(dú)地接通和斷開。因此能夠通過相應(yīng)地接通和斷開模塊來應(yīng)用蓄電池模塊組，以便產(chǎn)生振蕩的電壓曲線。在相應(yīng)的設(shè)計(jì)中例如能夠產(chǎn)生具有接近正弦曲線的電壓輪廓，該正弦曲線可用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)或混合動(dòng)力車輛。
[0005]蓄電池管理系統(tǒng)用于蓄電池管理，例如用于原則上控制模塊，用于提高蓄電池安全性，用于效率提高并且用于延遲蓄電池模塊和有蓄電池模塊組合的蓄電池系統(tǒng)的壽命。蓄電池管理系統(tǒng)的任務(wù)是確定蓄電池模塊的當(dāng)前狀態(tài)。屬于對此重要的信息的是蓄電池模塊或包含在蓄電池模塊中的蓄電池單元的阻抗、歐姆內(nèi)阻，其中阻抗依賴于蓄電池單元的充電狀態(tài)、溫度和老化程度。
[0006]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)除了蓄電池的正常運(yùn)行之外也實(shí)現(xiàn)了所屬的測量。例如在13012405中提出，給待測試蓄電池在秒范圍中的時(shí)間間隔的測試環(huán)境中施加脈沖形充電和放電電流并且在電流脈沖之前和之后測量在蓄電池上的電壓。電抗隨后作為測量的電壓與電流脈沖強(qiáng)度的差的比例產(chǎn)生。
[0007]因?yàn)殡娏髅}沖在一或多秒內(nèi)存在，所以兩個(gè)電壓測量也在該時(shí)間間隔中相互存在。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]按照本發(fā)明提供一種根據(jù)權(quán)利要求1用于根據(jù)對電壓強(qiáng)度的測量確定蓄電池模塊的歐姆電阻的方法。蓄電池模塊在此是具有至少一個(gè)另一蓄電池模塊的蓄電池模塊組的一部分。
[0009]該方法的特征在于重復(fù)接通和斷開所述蓄電池模塊與至少一個(gè)另一蓄電池模塊，其中該至少一個(gè)另一蓄電池模塊在負(fù)載電流下并且該方法包括在接通之前和斷開之后測量蓄電池模塊的電壓強(qiáng)度。
[0010]這實(shí)現(xiàn)了在連續(xù)運(yùn)行中在蓄電池模塊組的蓄電池模塊上阻抗譜。
[0011〕 在一個(gè)實(shí)施形式中，實(shí)現(xiàn)基本上與接通所述蓄電池模塊的同時(shí)斷開另一蓄電池模塊，其中如此選擇所述另一蓄電池模塊，使得蓄電池模塊組的輸出電壓、蓄電池模塊組的充電和放電電流強(qiáng)度以及蓄電池模塊組的溫度中至少之一不受基本上同時(shí)的開關(guān)的影響。
[0012]這樣的同時(shí)接通和斷開特別小地影響連續(xù)運(yùn)行。
[0013]在另一實(shí)施形式中，以在相繼的接通之間的預(yù)定的持續(xù)時(shí)間和在一個(gè)接通與緊接著的斷開之間的變化的持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)重復(fù)的接通和斷開。
[0014]在另一實(shí)施形式中，以在相繼的接通之間的變化的持續(xù)時(shí)間和在一個(gè)接通與緊接著的斷開之間的預(yù)定的持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)重復(fù)的接通和斷開。
[0015]在另一實(shí)施形式中，以在相繼的接通之間的第一變化的持續(xù)時(shí)間和在一個(gè)接通與緊接著的斷開之間的第二變化的持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)重復(fù)的接通和斷開，其中預(yù)定第一與第二變化的持續(xù)時(shí)間的比例。
[0016]按照本發(fā)明，還提出根據(jù)權(quán)利要求6的用于具有至少兩個(gè)可接通和可斷開的蓄電池模塊的蓄電池模塊組的蓄電池管理系統(tǒng)，其中蓄電池模塊組包括用于測量蓄電池模塊電壓強(qiáng)度的裝置并且還包括用于將測量的模塊電壓強(qiáng)度傳送到所述蓄電池管理系統(tǒng)的裝置。
[0017]蓄電池管理系統(tǒng)設(shè)置為，確定由于重復(fù)接通和斷開至少兩個(gè)蓄電池模塊中之一與至少兩個(gè)蓄電池模塊中在負(fù)載電流下的至少另一的至少兩個(gè)蓄電池模塊中之一的傳送的蓄電池模塊電壓強(qiáng)度的變化并且用于確定所述至少兩個(gè)蓄電池模塊中之一的阻抗，其中在接通之前和斷開之后確定蓄電池模塊的電壓強(qiáng)度的測量的變化。
[0018]在一個(gè)實(shí)施形式中，蓄電池管理系統(tǒng)設(shè)置為，如此控制蓄電池模塊組的蓄電池模塊的耦合單元和如此進(jìn)一步處理確定的變化，以使得根據(jù)本方法的其他實(shí)施形式之一來確定一個(gè)蓄電池模塊的歐姆內(nèi)阻。
[0019]此外按照本發(fā)明提出一種蓄電池模塊組，具有提出的蓄電池管理系統(tǒng)。最后還要求具有提出的蓄電池模塊組的機(jī)動(dòng)車。
[0020]本發(fā)明有利的改進(jìn)在說明中描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]根據(jù)附圖以及隨后的描述進(jìn)一步闡明本發(fā)明的實(shí)施例。其中:
[0022]圖1示出了示例性的蓄電池模塊，本發(fā)明能夠應(yīng)用在其上；
[0023]圖2示出了示例性的蓄電池模塊組，本發(fā)明能夠應(yīng)用在其上；以及
[0024]圖3示出了按照本發(fā)明由蓄電池模塊組和蓄電池管理系統(tǒng)組成的系統(tǒng)的例子。

【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明在基于80(^也就是基于蓄電池模塊組、用于電動(dòng)或混合動(dòng)力車輛的蓄電池系統(tǒng)的研發(fā)范圍中進(jìn)行，并且以下在該實(shí)施例中進(jìn)行描述。但是本發(fā)明不限于該實(shí)施例，而是有利地能夠應(yīng)用于所有由多個(gè)蓄電池模塊組成的蓄電池模塊組中，所述蓄電池模塊允許在負(fù)載下的接通和斷開。特別是蓄電池系統(tǒng)的應(yīng)用目的對于本發(fā)明是不重要的。
[0026]圖1示出了具有耦合單元110的示例性的蓄電池模塊100。耦合單元110或者是蓄電池模塊100的一體組成部分或者如圖1所示那樣是包括蓄電池模塊100的系統(tǒng)120的組成部分。耦合單元110允許接通和斷開蓄電池模塊100，也就是至少與系統(tǒng)120的也稱為端子的極105和106中之一分離。示出的例子的耦合單元110為此通過信號輸入端107是可控的。但是也可能的是耦合單元110以預(yù)定的頻率在沒有外部控制的情況下接通和斷開模塊。由此能夠產(chǎn)生矩形電壓。、
[0027]如果現(xiàn)在系統(tǒng)120的多個(gè)這樣的模塊100串聯(lián)地在一個(gè)蓄電池模塊組130中設(shè)置，如圖2所示，并且時(shí)間錯(cuò)開地重復(fù)地接通和斷開，那么能夠產(chǎn)生在蓄電池模塊組130的端子135與136之間的電壓的大約正弦形的電壓曲線。在負(fù)載下產(chǎn)生相應(yīng)于電壓曲線的電流曲線。
[0028]在一個(gè)未示出的實(shí)施例中，所有集中在一個(gè)組中的模塊通過唯一的共同的耦合單元接通和斷開。該耦合單元能夠設(shè)置為，產(chǎn)生具有預(yù)定頻率的正弦形或基本上矩形的電壓曲線?；蛘咧灰嬖谟糜陬l率變化的共同的耦合單元的控制可能性，則電壓曲線能夠以可變的頻率產(chǎn)生。
[0029]在負(fù)載下，每個(gè)也是短期的接通和又?jǐn)嚅_在接通的蓄電池模塊100中產(chǎn)生電流沖擊或脈沖，因?yàn)樵诮油ㄖ耙呀?jīng)流過組130的電流也在接通期間流過接通的模塊100。
[0030]由于該電流沖擊或脈沖集中在模塊100中的蓄電池單元的模塊電壓并且由此還有模塊100的電壓發(fā)生變化。其中實(shí)現(xiàn)該變化的時(shí)間范圍在此通過接通的持續(xù)時(shí)間確定并且明顯位于在一秒以下。因此電壓變化的更準(zhǔn)確的測量是可能的。
[0031]特別是可能的是，重復(fù)接通和斷開待檢測的模塊并且如此產(chǎn)生具有多個(gè)測量點(diǎn)的測量曲線。
[0032]在此重復(fù)接通和斷開能夠根據(jù)第一模式以固定的接通持續(xù)時(shí)間和變化的斷開持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)。在此接通持續(xù)時(shí)間是在接通和直接緊接著的斷開之間的時(shí)間，而斷開持續(xù)時(shí)間是在斷開和直接緊接著的接通之間的時(shí)間。隨后改變相同方式的電流脈沖的頻率。
[0033]或者重復(fù)接通和斷開根據(jù)第二模式以變化的接通持續(xù)時(shí)間和固定的斷開持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)。隨后以相同頻率產(chǎn)生的電流脈沖變化其寬度。
[0034]也可能的是，不僅改變接通持續(xù)時(shí)間而且也改變斷開持續(xù)時(shí)間，在此但是保持接通持續(xù)時(shí)間與斷開持續(xù)時(shí)間之間的比例恒定。這產(chǎn)生第三模式。
[0035]借助于由于接通和再斷開在模塊100上的電壓變化和對在接通期間流過模塊的電流的電流強(qiáng)度的測量，能夠因此在不同測量條件下根據(jù)電壓變化與電流強(qiáng)度的比確定接通模塊的阻抗。
[0036]因此，該確定在連續(xù)運(yùn)行中在負(fù)載下是可能的。一旦在運(yùn)行中測量的阻抗變化，那么這指示涉及模塊的老化過程。此外可能的是，將對于接通模式的額定阻抗曲線保存在蓄電池管理系統(tǒng)的存儲單元中。那么在給定接通模式下由測量確定的阻抗值與在給定接通模式下在存儲單元中保存的額定阻抗曲線的差是用于模塊中蓄電池單元的變化的指示。
[0037]在此也可能的是，如此設(shè)計(jì)接通，以使得位于在蓄電池組的極之間的電壓不變化，接通也就是電壓不變的。例如可以在串聯(lián)或并聯(lián)連接待檢測的模塊的情況下斷開至今相應(yīng)接通的其他模塊。如果隨后又?jǐn)嚅_待檢測的模塊，那么又接通其他模塊。
[0038]也可能的是，電流不變地設(shè)置接通。那么流過蓄電池組的負(fù)載電流保持恒定。最后對于阻抗測量也有興趣的是，溫度不變地設(shè)置接通，因?yàn)樾铍姵啬K的歐姆內(nèi)阻隨溫度變化。
[0039]模塊那么能夠集中為也稱為簇的模塊對，其中每個(gè)簇可以檢測一個(gè)模塊，而在此期間相應(yīng)簇的另一模塊同時(shí)但是相對于待檢測的模塊進(jìn)行開關(guān)。
[0040]如果模塊100與組130的接通在電流的不同相位上也就是在不同電流強(qiáng)度下實(shí)現(xiàn)，那么此外能夠?yàn)榻M130的一個(gè)、多個(gè)或所有模塊分別確定阻抗曲線。一旦在運(yùn)行中這樣的阻抗曲線變化，而消費(fèi)裝置的預(yù)定目標(biāo)功率已經(jīng)改變，那么這指示涉及模塊的老化過程。此外可能的是，將相應(yīng)的額定阻抗曲線保存在存儲單元中。測量的阻抗曲線與額定阻抗曲線的偏差又能夠是模塊老化的指示。
[0041]圖3示出了結(jié)合在圖2中示出的示例性的組130的示例性的蓄電池管理系統(tǒng)160。蓄電池管理系統(tǒng)160檢測由蓄電池模塊組130提供給消費(fèi)裝置的電壓曲線和流過的電流并且通過到組130的連接137控制在組130中設(shè)置的模塊或系統(tǒng)。
[0042]本發(fā)明因此允許在連續(xù)運(yùn)行中模塊狀態(tài)的幾乎連續(xù)的監(jiān)控。這實(shí)現(xiàn)了，快速和安全地識別效率喪失或甚至模塊的故障。這是有利的，因?yàn)樽R別為故障或老化的模塊能夠被更換，并且因此能夠通過對耦合單元的控制的相應(yīng)變化至少部分補(bǔ)償由于故障或老化的模塊引起的由蓄電池組提供的功率的干擾。
【權(quán)利要求】
1.用于確定蓄電池模塊(100)的歐姆內(nèi)阻的方法，其中，該方法包括根據(jù)對電壓強(qiáng)度的測量確定歐姆內(nèi)阻，其特征在于，所述方法包括重復(fù)接通和斷開所述蓄電池模塊(100)與在負(fù)載電流下的至少一個(gè)另一蓄電池模塊(100)，其中所述至少一個(gè)另一蓄電池模塊(100)在負(fù)載電流下，并且所述方法包括在接通之前和斷開之后測量所述蓄電池模塊(100)的電壓強(qiáng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述蓄電池模塊(100)是具有多個(gè)另外的蓄電池模塊(100)的蓄電池模塊組(130)的一部分，并且實(shí)現(xiàn)基本上與接通所述蓄電池模塊(100)的同時(shí)斷開另一蓄電池模塊(100)，其中如此選擇所述另一蓄電池模塊(100)，以使得所述蓄電池模塊組(130)的輸出電壓、所述蓄電池模塊組(130)的充電和放電電流強(qiáng)度以及所述蓄電池模塊組(130)的溫度中的至少之一不受基本上同時(shí)的開關(guān)的影響。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，以在相繼的接通之間的預(yù)定的持續(xù)時(shí)間和在一個(gè)接通與緊接著的斷開之間的變化的持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)重復(fù)的接通和斷開。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，以在相繼的接通之間的變化的持續(xù)時(shí)間和在一個(gè)接通與緊接著的斷開之間的預(yù)定的持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)重復(fù)的接通和斷開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，以在相繼的接通之間的第一變化的持續(xù)時(shí)間和在一個(gè)接通與緊接著的斷開之間的第二變化的持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)重復(fù)的接通和斷開，其中預(yù)先確定第一與第二變化的持續(xù)時(shí)間的比例。
6.用于具有至少兩個(gè)可接通和可斷開的蓄電池模塊(100)的蓄電池模塊組(130)的蓄電池管理系統(tǒng)(160)，其中所述蓄電池模塊組(130)包括用于測量在負(fù)載下的蓄電池模塊電壓強(qiáng)度的裝置并且還包括用于將所測量的模塊電壓強(qiáng)度傳送到所述蓄電池管理系統(tǒng)的裝置，其中所述蓄電池管理系統(tǒng)(160)設(shè)置為，確定由于重復(fù)接通和斷開至少兩個(gè)蓄電池模塊(100)中之一與至少兩個(gè)蓄電池模塊(100)中在負(fù)載電流下的至少另一引起的、至少兩個(gè)蓄電池模塊(100)中之一的傳送的蓄電池模塊電壓強(qiáng)度的變化并且用于確定所述至少兩個(gè)蓄電池模塊(100)中之一的阻抗，其中在接通之前和斷開之后確定所述蓄電池模塊(100)的電壓強(qiáng)度的測量的變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的蓄電池管理系統(tǒng)(160)，其中，所述蓄電池管理系統(tǒng)(160)設(shè)置為，如此控制所述蓄電池模塊組(130)的蓄電池模塊(100)的耦合單元和如此進(jìn)一步處理所確定的變化，以使得根據(jù)按照權(quán)利要求2至5之一所述的方法確定蓄電池模塊(100)的歐姆內(nèi)阻。
8.蓄電池模塊組(130)，具有根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的蓄電池管理系統(tǒng)(160)和至少兩個(gè)可接通和可斷開的蓄電池模塊(100)。
9.機(jī)動(dòng)車，具有根據(jù)權(quán)利要求8所述的蓄電池模塊組(130)。
【文檔編號】B60L11/18GK104379391SQ201380029474
【公開日】2015年2月25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】H·芬克 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會(huì)社