專利名稱：用于控制電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大充電率的方法
用于控制電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大充電率的方法描述本發(fā)明涉及用于控制電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大充電率的方法和使用這種方法的電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備。電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備通常為昂貴的組件。為盡可能使產(chǎn)品制造實(shí)現(xiàn)低成本并因此具有競(jìng)爭(zhēng)力，有必要將所有的組件并特別是將電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備使用和運(yùn)行到其性能的極限。在低于最大可能的性能極限下操作電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備，導(dǎo)致了整個(gè)系統(tǒng)的昂貴與低效。
然而，電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備也是高度復(fù)雜的技術(shù)設(shè)備，其如果被錯(cuò)誤使用可立即受到損傷。電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的操作參數(shù)依賴于許多邊界條件，以致其優(yōu)選為借助控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)高效工作。電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備特別是包括至少一個(gè)鋰離子電池的電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備可獲取最大的充電率或向其提供最大的充電率，這是電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的工作策略的特征。電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的充電率可優(yōu)選地通過(guò)電流強(qiáng)度來(lái)表征。本發(fā)明將在下面通過(guò)用于由多個(gè)電池單元，特別是由鋰離子電池單元所構(gòu)建的電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的方法來(lái)說(shuō)明。其中應(yīng)指出的是，依據(jù)本發(fā)明的方法也可方便地用于其他的電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備，而且描述并沒(méi)有限制本發(fā)明的適用性。確定和控制電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大充電率的方法從現(xiàn)有技術(shù)是已知的。DE195 43 874 Al提出了用于確定放電特性的簡(jiǎn)單的方法。其中通過(guò)立體的曲面來(lái)基于被測(cè)量的溫度、電壓、電流對(duì)放電率進(jìn)行近似。特別地，對(duì)于特別高或低的溫度而言，可導(dǎo)致對(duì)于電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的控制來(lái)說(shuō)為失去控制的狀態(tài)。本發(fā)明的基本目標(biāo)在于，提高電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的實(shí)用性和特別是改善其安全性。這個(gè)目標(biāo)將依據(jù)本發(fā)明通過(guò)獨(dú)立的權(quán)利要求的教導(dǎo)來(lái)達(dá)到。本發(fā)明優(yōu)選的改進(jìn)方案為從屬權(quán)利要求的目的。用于在電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的充電過(guò)程或放電過(guò)程中控制最大充電率的方法通常可通過(guò)電流強(qiáng)度來(lái)表征。所述電流強(qiáng)度依賴于電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的工作狀態(tài)和一組邊界條件。一般而言，所述一組邊界特別包括電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的至少一個(gè)區(qū)域的溫度。最大的充電率可最終取決于電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的工作方式，因此特別要區(qū)別是向電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備能量供應(yīng)能量還是從電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備獲取能量。電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備可在充電或放電的過(guò)程中變熱，特別是在能量獲取或能量供應(yīng)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)可因此影響可獲取的或可供應(yīng)的電流強(qiáng)度的水平?？色@取的或可供應(yīng)的電流強(qiáng)度特別取決于電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的充電狀態(tài)并因此優(yōu)選為依賴于該充電狀態(tài)來(lái)控制。特別地，當(dāng)電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存電池工作在臨界溫度區(qū)域中時(shí)，其很難被控制。在達(dá)到最高溫度時(shí)或在達(dá)到最低溫度時(shí)，可獲取的或可供應(yīng)的電流強(qiáng)度將因此通過(guò)依據(jù)本發(fā)明的方法被設(shè)置為零。電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大的充電率被理解為可優(yōu)選地通過(guò)電流強(qiáng)度而表征的值。其中，最大的充電率優(yōu)選為通過(guò)在瞬間的邊界條件(比如特別是電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的溫度為最高時(shí))下，在沒(méi)有發(fā)生任何損壞的情況下可供應(yīng)的或獲取的電流強(qiáng)度來(lái)表征。其中最大的充電率在本發(fā)明的框架內(nèi)被描述為不僅是電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的充電過(guò)程中的充電率而且還是電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備放電過(guò)程中的放電率。充電過(guò)程被特別理解為將電能量供應(yīng)到電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備中，其中這些被供應(yīng)到電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備中的電能量?jī)?yōu)選為至少部分地被轉(zhuǎn)化為化學(xué)結(jié)合能量，并因此被儲(chǔ)存。放電過(guò)程被特別理解為從電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備獲取電能量。其中優(yōu)選為將在電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備中儲(chǔ)存的化學(xué)結(jié)合形式的能量至少部分地轉(zhuǎn)化為電能量。電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備優(yōu)選地被理解為用于儲(chǔ)存電能量的設(shè)備。優(yōu)選的是，能量在電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備中以化學(xué)結(jié)合的形式被儲(chǔ)存。電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備優(yōu)選地具有至少一個(gè)(優(yōu)選為多個(gè))鋰離子電池。電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大充電率特別依賴于不同的邊界條件和工作參數(shù)。電化 學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的溫度優(yōu)選為此種邊界條件。其中電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的溫度被優(yōu)選地理解為至少一個(gè)電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存電池的至少一個(gè)區(qū)域的溫度。此溫度可特別直接為在此能量?jī)?chǔ)存電池上或在此能量?jī)?chǔ)存電池中被測(cè)量，或者能量?jī)?chǔ)存電池的溫度可優(yōu)選地在電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的外殼的一段或多段處被間接測(cè)量。優(yōu)選的是，此溫度被用來(lái)控制電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大充電率。對(duì)充電或放電過(guò)程的識(shí)別被特別地理解為優(yōu)選地通過(guò)對(duì)在控制系統(tǒng)中的測(cè)量信號(hào)的分析來(lái)識(shí)別此能量?jī)?chǔ)存設(shè)備是被供應(yīng)能量還是從其獲取能量。優(yōu)選的是，根據(jù)電流來(lái)識(shí)別充電或放電過(guò)程或優(yōu)選地根據(jù)電壓差別來(lái)識(shí)別充電或放電過(guò)程。充電或放電過(guò)程的持續(xù)時(shí)間被特別地理解為優(yōu)選為電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備發(fā)生連續(xù)的充電或放電過(guò)程的時(shí)間段。優(yōu)選的是，既沒(méi)有發(fā)生充電過(guò)程也沒(méi)有發(fā)生放電過(guò)程的時(shí)間段也被測(cè)量。充電或放電過(guò)程的持續(xù)時(shí)間優(yōu)選地被用于控制電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備。電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的充電狀態(tài)被特別地理解為在可儲(chǔ)存的能量的最大值和可存能量?jī)?chǔ)存量的當(dāng)前值之間的比值。在優(yōu)選的情況下，電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備中所儲(chǔ)存的能量最大值依賴電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的老化狀態(tài)。電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的充電狀態(tài)被特別描述為“充電狀態(tài)”(S0C)。充電狀態(tài)被優(yōu)選地表述為O和I之間的比值數(shù)，其中特別地，I意味著電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備被完全充電。最高溫度被理解為預(yù)定義的閥值溫度。特別地，在到達(dá)或超過(guò)此閥值溫度時(shí)，最大充電率被設(shè)置為預(yù)定義的閥值。優(yōu)選的是，最大充電率的預(yù)定義的閥值在達(dá)到最高溫度時(shí)為零。優(yōu)選的是，在達(dá)到電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最高溫度時(shí)，沒(méi)有能量被供應(yīng)到電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備或從其釋放能量。最低溫度被理解為預(yù)定義的閥值溫度。特別地，在到達(dá)或低于此閥值溫度時(shí)，最大充電率被設(shè)置為預(yù)定于的閥值。優(yōu)選的是，充電率的預(yù)定義的閥值在達(dá)到最低溫度時(shí)為零。優(yōu)選的是，在達(dá)到電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最低溫度時(shí)，沒(méi)有能量被供應(yīng)到電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備或從其釋放能量。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，充電率被提供在電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的接口上。此接口優(yōu)選地用于將信號(hào)傳送到電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備或從電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備傳出信號(hào)。優(yōu)選的是，標(biāo)示充電率的參數(shù)值被特別提供在此接口上。此接口可優(yōu)選地與總線系統(tǒng)相連接。充電率優(yōu)選地以預(yù)定頻率被周期性地傳送到此接口，頻率優(yōu)選為從IHz到50Hz，特別優(yōu)選為5Hz到30Hz。傳送的頻率優(yōu)選地依賴不同的邊界條件并為可變的。通過(guò)充電率的反復(fù)的傳送將特別實(shí)現(xiàn)保證由當(dāng)前數(shù)據(jù)來(lái)控制電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備，從而特別地改善了工作安全性。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，最大充電率的大小依賴于能量從電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備被獲取的時(shí)間或?yàn)殡娀瘜W(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備供應(yīng)能量的時(shí)間。優(yōu)選的是，最大充電率越大，能量獲取或供應(yīng)的持續(xù)時(shí)間越短。優(yōu)選的是，為極短的能量獲取或供應(yīng)的持續(xù)時(shí)間預(yù)定義了最大的充電率。優(yōu)選的是，為從電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備獲取能量或供應(yīng)能量到電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的極長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間定義了最大的充電率。這些為極端情況預(yù)定義的最大充電率將特別保證，對(duì)于極短或極長(zhǎng)的放電或充電過(guò)程，電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備同樣不會(huì)由過(guò)高的充電率而被過(guò)充電。通過(guò)預(yù)設(shè)的最大充電率將因此提高電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的工作安全性。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，最大的充電率可至少部分地由指數(shù)地扁平化的時(shí)間函數(shù)(exponentiell abflachende Zeitfunktion)描述。對(duì)于脈沖式的能量獲取或能量供應(yīng),該時(shí)間函數(shù)表現(xiàn)出其最高的值。對(duì)于連續(xù)的能量獲取或能量供應(yīng)，指數(shù)地扁平化的時(shí)間函數(shù)表現(xiàn)出其最低的值。 其中，脈沖式的能量獲取或能量供應(yīng)優(yōu)選地被理解為在短的持續(xù)時(shí)間內(nèi)的能量獲取或能量供應(yīng)，優(yōu)選的持續(xù)時(shí)間為少于一秒。其中，持續(xù)的能量獲取和能量供應(yīng)優(yōu)選地被理解為具有長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間的能量獲取或能量供應(yīng)，優(yōu)選為具有多于60秒的持續(xù)時(shí)間，特別優(yōu)選為具有多于100秒的持續(xù)時(shí)間。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，最大充電率C依賴于放電/充電過(guò)程的持續(xù)時(shí)間并滿足以下關(guān)系式C= (f · C0 · K1-C1) · exp (-K11 · t) +f · C1 等式 I其中C :依賴持續(xù)時(shí)間的最大充電率Ctl :最大充電率的上限控制值C1 :最大充電率的下限控制值f :依賴充電狀態(tài)的充電率的函數(shù)t :脈沖式的能量獲取或能量供應(yīng)的持續(xù)時(shí)間K1'K11:常數(shù)在優(yōu)選的實(shí)施方案中，函數(shù)f的值被設(shè)置為預(yù)定義的值。該值優(yōu)選為位于O和2之間，優(yōu)選為位于O和I之間并且該值特別優(yōu)選為I。最大充電率的上限控制值被理解為優(yōu)選地用于調(diào)整對(duì)電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大充電率的控制的參數(shù)。最大充電率的下限控制值被理解為優(yōu)選地用于調(diào)整對(duì)電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大充電率的控制的參數(shù)。優(yōu)選的是，最大充電率的上限控制值大于下限控制值。上限控制值優(yōu)選地被理解為最大充電率不會(huì)超過(guò)的上極限值。下限控制值被優(yōu)選地理解為最大充電率的下極限值，其中優(yōu)選的是，最大充電率僅在被設(shè)置為零時(shí)才低于此下極限值。通過(guò)上限控制值和下限控制值將特別實(shí)現(xiàn)用來(lái)控制不同的電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大充電率的簡(jiǎn)單的自適應(yīng)的方法并因此優(yōu)選地實(shí)現(xiàn)好的可用性。優(yōu)選的是，在脈沖式的能量提取或能量供應(yīng)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，最大充電率的變化通過(guò)兩個(gè)常數(shù)K1和K11來(lái)參數(shù)化。優(yōu)選的是，常數(shù)K1在從O. 5到2的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在O. 85到I. 25的范圍內(nèi)并特別優(yōu)選為約1.05。優(yōu)選的是，常數(shù)K11在從O. 001到O. 5的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在O. 03到O. 09的范圍內(nèi)并特別優(yōu)選為約O. 055。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，函數(shù)f的值依賴于S0C。因此，優(yōu)選為每個(gè)并且特別優(yōu)選為一部分的電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的不同的充電狀態(tài)被指定不同的最大充電率。函數(shù)f優(yōu)選為三次的或線性的函數(shù)或優(yōu)選為二次的函數(shù)。優(yōu)選的是，函數(shù)f具有在等式2中所示出的形式f = -Km · S0C2+KIV · SOC-Kv 等式 2其中S0C:電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的充電狀態(tài)
ΚΠΙ、Κιν、Κν:常數(shù)優(yōu)選的是，選擇常數(shù)Km、Kiv和Kv來(lái)實(shí)現(xiàn)單調(diào)遞減的函數(shù)f，函數(shù)f優(yōu)選為至少在SOC的值域內(nèi)單調(diào)遞減。優(yōu)選地，對(duì)于小于零的f，f = 0，而對(duì)于大于I的f，f = I。常數(shù)Km優(yōu)選為在從O. 001到O. 5的范圍內(nèi)，優(yōu)選為在O. 005到O. 07的范圍內(nèi)以及特別優(yōu)選為大約O. 012。常數(shù)Kiv優(yōu)選為在從O. 01到10的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選為在I. 5到3的范圍內(nèi)并特別優(yōu)選為約2. 182。常數(shù)Kv優(yōu)選為在從50到100的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選為在75到99. 5的范圍內(nèi)并特別優(yōu)選為約98. 19。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，用于能量供應(yīng)和能量獲取的最大的充電率通過(guò)不同的函數(shù)f來(lái)確定。優(yōu)選的是，在能量獲取時(shí)，最大的充電率不依賴于電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的充電狀態(tài)。用于能量供應(yīng)或能量獲取的函數(shù)f的值優(yōu)選為至少通過(guò)不同的常數(shù)K1到Kv來(lái)確定，其中優(yōu)選的是，用于能量獲取或能量供應(yīng)的單獨(dú)的常數(shù)K1到Kv是相同的。通過(guò)最大充電率的參數(shù)化(借助常數(shù)K1到&)，實(shí)現(xiàn)了在不同的電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備上該控制方法的很好的適應(yīng)性，并從而實(shí)現(xiàn)了很好的易用性。通過(guò)將充電率描述為依賴于電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的能量供應(yīng)或能量獲取的持續(xù)時(shí)間，將特別實(shí)現(xiàn)電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備不會(huì)被過(guò)充電，因此通過(guò)依據(jù)本發(fā)明的控制提高了電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的工作安全性。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，特別地，在能量獲取或能量供應(yīng)時(shí)電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的溫度越低，則充電率越小。優(yōu)選的是，在能量獲取或能量供應(yīng)時(shí)電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的溫度越高，則充電率越大。特別地，這些關(guān)系僅在由最大或最小的溫度所限定的電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的工作范圍內(nèi)是有效的。特別地，在最高溫度以上或在最低溫度以下時(shí)優(yōu)選為在電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備中不可能實(shí)現(xiàn)能量獲取或能量供應(yīng)。特別地，通過(guò)以最低或最高的溫度對(duì)工作范圍進(jìn)行限制并通過(guò)在有效工作范圍內(nèi)的溫度依賴的充電率特別實(shí)現(xiàn)的是，電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備沒(méi)有被過(guò)充電，因此將通過(guò)控制最大充電率的方法來(lái)提高電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的工作安全性。優(yōu)選地，對(duì)于-40° C到-25° C的最低溫度，最大的充電率將被調(diào)節(jié)到預(yù)定義的閥值。該充電率閥值優(yōu)選為等于零。通過(guò)此預(yù)定義的閥值將特別實(shí)現(xiàn)的是，在達(dá)到電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最低溫度以后，不可將能量供應(yīng)給該設(shè)備或不可從該設(shè)備獲取能量。優(yōu)選的是，對(duì)于由55° C到80° C的最高溫度，電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最高充電率被調(diào)節(jié)到預(yù)定義的值。該充電率的閥值優(yōu)選為等于零。特別地，通過(guò)此預(yù)定義的閥值將實(shí)現(xiàn)，在達(dá)到最高溫度以后不可從電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備獲取能量或不可將能量供應(yīng)給電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備。特別地，通過(guò)預(yù)定義的最小或最大溫度將避免高于或低于該溫度時(shí)在電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備中發(fā)生不受控制的反應(yīng)。因此將通過(guò)根據(jù)最小或最大溫度對(duì)最大充電率進(jìn)行控制來(lái)提高電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的工作安全性。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，用于充電過(guò)程的充電率至少部分地不同于用于放電過(guò)程的充電率。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備包括特別依據(jù)本發(fā)明的方法來(lái)控制最大充電率的控制器。通過(guò)依據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)于最大充電率的控制，電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的工作安全性得以提高。從附圖
中指明了本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施方案。其中示出了 圖I :在對(duì)于不同的充電過(guò)程的持續(xù)時(shí)間的電流強(qiáng)度和溫度之間的關(guān)系。圖2 :在充電過(guò)程的電流強(qiáng)度和充電過(guò)程的持續(xù)時(shí)間之間的關(guān)系。圖3 :在電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的充電狀態(tài)和充電過(guò)程的電流強(qiáng)度之間的關(guān)系。圖I示出了在充電或放電過(guò)程中的電流強(qiáng)度和溫度之間的基本關(guān)系。其中，電流強(qiáng)度將最大的充電率表征。其中可看到的是，隨著溫度的降低，可獲取自電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的電流強(qiáng)度或可在電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備中儲(chǔ)存的電流強(qiáng)度減少。在圖I中示出了對(duì)于不同的獲取持續(xù)時(shí)間或存入持續(xù)時(shí)間的不同的電流曲線I) 一4)。其中由I)所標(biāo)示的電流曲線展示了關(guān)于極短的放電脈沖的特性電流消耗。其中，短的放電脈沖被理解為特別是I秒或更短的持續(xù)時(shí)間內(nèi)的放電。提高電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的放電的持續(xù)時(shí)間，以降低可獲取的電流強(qiáng)度，并因此降低最大充電率。通過(guò)2)示出的電流曲線，其為獲取持續(xù)時(shí)間為約10秒的電流曲線?，F(xiàn)在獲取持續(xù)時(shí)間進(jìn)一步升高，因此可獲取的電流強(qiáng)度進(jìn)一步減少。其可通過(guò)3)和4)所標(biāo)示的電流曲線示出。電流曲線3)代表了關(guān)于大約30秒的獲取持續(xù)時(shí)間的電流強(qiáng)度，以及通過(guò)4)所標(biāo)示的電流曲線表示了可從電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備連續(xù)獲取的電流強(qiáng)度。從圖I可知，電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備在通過(guò)5)所標(biāo)示的溫度區(qū)域中工作。通過(guò)5)所標(biāo)示溫度區(qū)域?qū)⑼ㄟ^(guò)由6)所標(biāo)示的最低的極限溫度，以及通過(guò)由7)所標(biāo)示的最高的溫度限制來(lái)劃界。在達(dá)到此兩個(gè)溫度限制中的一個(gè)時(shí)，可從電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備獲取的電流強(qiáng)度被控制為零。通過(guò)在達(dá)到溫度限制時(shí)將最大充電率設(shè)回零，這將特別實(shí)現(xiàn)電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的安全工作。在圖2中示出了表征充電率的電流強(qiáng)度和放電過(guò)程的持續(xù)時(shí)間之間的關(guān)系。其中，圖2示出了，隨著放電持續(xù)時(shí)間的增加，可獲取的電流強(qiáng)度降低，并因此最大的充電率降低。對(duì)于極短的持續(xù)時(shí)間，可獲取的電流強(qiáng)度被限制到通過(guò)3)所標(biāo)示的最大值。將電流強(qiáng)度限制到一個(gè)值是沒(méi)有必要的，然而，卻導(dǎo)致的工作安全性的改善。通過(guò)限制電流強(qiáng)度的最大值，電化學(xué)能量設(shè)備的工作安全性將因此得以提高。對(duì)于很長(zhǎng)的獲取持續(xù)時(shí)間，可從電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存裝置獲取的電流強(qiáng)度被設(shè)置到由2)所標(biāo)示的極限值。最小可獲取電流強(qiáng)度的定義改善了電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存裝置的實(shí)用性。在圖3中示出了標(biāo)示充電率的電流強(qiáng)度和電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的充電狀態(tài)之間的關(guān)系。電化學(xué)能量設(shè)備的充電狀態(tài)通常被描述為“充電狀態(tài)”(soc)。當(dāng)電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備被完全充電時(shí)，SOC達(dá)到I或100%。當(dāng)SOC達(dá)到了預(yù)定的極限值時(shí)，在電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備充電時(shí)的電流強(qiáng)度將按照由I)所標(biāo)示的電流曲線減小。每個(gè)不同的SOC可被分配其特有的最大充電率并因此分配電流強(qiáng)度。同樣，對(duì)于放電過(guò)程，可獲取的電流強(qiáng)度可依賴于電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的S0C。當(dāng)電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備達(dá)到滿充電的狀態(tài)時(shí)(S0C = 1)，用于充電過(guò)程的電流強(qiáng)度將被調(diào) 節(jié)為零。特別的是，通過(guò)在充電或放電過(guò)程中依靠SOC控制電流強(qiáng)度，將提高電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備工作可靠性和其實(shí)用性。
權(quán)利要求
1.一種用于在電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備的充電過(guò)程或電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備的放電過(guò)程期間控制最大充電率的方法，其中所述最大充電率至少能通過(guò)電流強(qiáng)度表征， 其特征在于， 所述電流強(qiáng)度能通過(guò)至少一個(gè)與另外的參數(shù)的預(yù)定義的關(guān)系而被確定； 所述參數(shù)選自至少包括下述參數(shù)的組 -所述電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的至少一個(gè)區(qū)域的溫度， -對(duì)是發(fā)生充電過(guò)程還是放電過(guò)程的標(biāo)識(shí)， -充電過(guò)程或放電過(guò)程的持續(xù)時(shí)間， -所述電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的充電狀態(tài)；以及 在達(dá)到最高溫度時(shí)和/或在達(dá)到最低溫度時(shí)所述電流強(qiáng)度被設(shè)置為零。
2.如權(quán)利要求I所述的用于控制電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大充電率的方法，其特征在于，所述最大充電率或標(biāo)示所述最大充電率的參數(shù)能從所述能量?jī)?chǔ)存設(shè)備傳送到接口，特別是傳送到總線系統(tǒng)。
3.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于控制電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大充電率的方法，其特征在于，能量獲取或能量供應(yīng)的持續(xù)時(shí)間越短，所述最大充電率就越大；和/或 為極短的獲取持續(xù)時(shí)間或供應(yīng)持續(xù)時(shí)間定義最大充電率；和/或 為極長(zhǎng)的獲取持續(xù)時(shí)間或供應(yīng)持續(xù)時(shí)間定義最大充電率。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于控制電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大充電率的方法，其特征在于，所述最大充電率通過(guò)指數(shù)地扁平化的時(shí)間函數(shù)來(lái)描述，所述指數(shù)地扁平化的時(shí)間函數(shù)對(duì)于脈沖式的能量獲取或能量供應(yīng)表現(xiàn)出其最大值，并對(duì)于持續(xù)的能量獲取或能量供應(yīng)表現(xiàn)出其最低值。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于控制電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大充電率的方法，其特征在于，在能量獲取或能量供應(yīng)時(shí)，所述電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的溫度越低則所述最大充電率就越小，反之亦然。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于控制電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大充電率的方法，其特征在于，當(dāng)極限溫度在由-25° C至-40° C和更低溫度時(shí)或者當(dāng)極限溫度在由55° C至80° C和更高溫度時(shí)，所述最大充電率被設(shè)置為零。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于控制電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大充電率的方法， 其特征在于， 所述最大充電率依賴持續(xù)時(shí)間t來(lái)控制，所述持續(xù)時(shí)間t實(shí)質(zhì)上描述能量供應(yīng)至或能量獲取自所述電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備的持續(xù)時(shí)間，其中所述最大充電率C滿足函數(shù)C= (f · C0 · K1-C1) · exp (-K11 · t) +f · C1其中 C0是所述最大充電率的上限控制值， C1是所述最大充電率的下限控制值， f描述所述最大充電率對(duì)于所述電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備的充電狀態(tài)的依從關(guān)系，以及 KpK11為用于參數(shù)化對(duì)所述最大充電率的控制的常數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的用于控制電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的最大充電率的方法，其特征在于，所述最大充電率f對(duì)于當(dāng)前充電狀態(tài)的依從關(guān)系滿足函數(shù) f = -Km · SOC2+KIV · SOC-Kv 其中 SOC表示所述電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備的充電狀態(tài)，以及 Kni、KIV、Kv為用于對(duì)所述最大充電率的所述控制進(jìn)行參數(shù)化的常數(shù)。
9.一種電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備，其特征在于，在充電過(guò)程或放電過(guò)程中的最大充電率按照如權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的方法進(jìn)行控制。
全文摘要
在電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備充放電過(guò)程中控制最大充電率的方法通常通過(guò)電流強(qiáng)度表征。電流強(qiáng)度依賴電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的工作狀態(tài)并依賴一組邊界條件。該組邊界條件一般包括例如電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備至少一個(gè)區(qū)域的溫度。最大充電率可最終根據(jù)電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的工作方式來(lái)確定，故特別要確定是供應(yīng)還是獲取能量。電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備可在充放電過(guò)程中變熱，特別是能量獲取和/或供應(yīng)的持續(xù)時(shí)間可因此影響可獲取或供應(yīng)的電流強(qiáng)度水平?？色@取和/或供應(yīng)的電流強(qiáng)度特別依賴于電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的充電狀態(tài)，故特別依賴于充電狀態(tài)來(lái)控制。特別地，當(dāng)電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存電池工作在臨界溫度區(qū)域時(shí)，其很難被控制。在達(dá)到最高溫度和/或溫度時(shí)，可獲取或供應(yīng)的電流強(qiáng)度將被設(shè)為零。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102893486SQ201180024412
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
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