用于切换电池组的多个电池组电池的方法和电池组系统的制作方法
用于切换电池组的多个电池组电池的方法和电池组系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及用于切换（Schalten)被构造为电化学能量存储器的电池组的多个电 池组电池的方法。本发明还设及具有被构造为电化学能量存储器的带有多个电池组电池单 元的电池组的电池组系统，所述电池组电池单元分别包括电池组电池和分配给电池组电池 的电池组电池监控模块。
【背景技术】
[0002] 在图1中示出由现有技术已知的电池组系统10,其包括具有多个电池组电池单元 (Smart Cell化it (智能电池单元）SCU) 20的电池组11，所述电池组电池单元分别具有电 池组电池21和分配给电池组电池21的电池组电池监控模块（电池组电池电子模块或者电 池组电池电子设备)22。为了简化图1的图示，仅两个电池组电池单元被绘出草图并且分别 配备有附图标记20。所述电池组电池监控模块22能够单独地控制单个电池组电池21。为 了产生电池组11的输出电压(总输出电压)U，其中该输出电压还用作电池组系统10的输出 电压U，所述电池组电池监控模块22 W串联的方式通过连接段彼此连接。所述电池组系统 10此外包括中央控制单元（Central Control化it (中央控制单元乂CU)30,用于控制电池 组系统10。
[0003] 为了产生电池组11的经调节的输出电压(总输出电压）U，各个电池组电池21分 别借助于所分配的电池组电池监控模块22接通，也即所述电池组电池21分别相对于输出 电压U的量取W正的或者负的极性被引入到串联电路中。为了产生电池组11的经调节的 输出电压(总输出电压）U，此外各个电池组电池21分别借助于所分配的电池组电池监控模 块22被断开，也即将要断开的电池组电池22与串联电路分离，其方式是，借助于所分配的 电池组电池监控模块22电连接每个要断开的电池组电池21的接线端，由此相应的电池组 电池21被跨接。接入到串联电路的电池组电池21因此可W分别处于被称作"正接入"的 开关状态中或者处于被称作"负接入"的另一开关状态中。此外，与串联电路分离的电池组 电池21处于被称作"跨接"的开关状态中。
[0004] 在运样的电池组系统10 (智能电池电池组系统（SmartCell-Batteriesystemen)) 中，分散地在各自的电池组电池监控模块22中对电池组电池21的开关状态的变化进行决 定。实际的调节功能通过中央控制单元20实施，所述中央控制单元20被构造为低耗费地 实现的中央调节器。
[0005] 在此，在电池组系统10中，通过被构造为单向通信接口的通信段31预先给定第一 控制参量P1和第二控制参量P2,通过所述通信段31，仅一个唯一的包括实际的控制参量P1 和P2的消息由中央控制单元30被发送给所有的电池组电池监控模块22。所有的电池组电 池监控模块22接收相同的消息，并且通过相应的在电池组电池监控模块22中分别存在的 开关(未示出)要么自主地将分别分配的电池组电池21接入串联电路，要么跨接分别分配的 电池组电池21。根据控制算法，所述中央控制单元30预先给定W两个处于0和1之间的数 值形式的两个控制参量P1、P2,所述控制参量通过通信段31由中央控制单元（CCU)30被传 输到电池组电池监控模块（SCU)22,并且同样地由所有的电池组电池监控模块22接收。在 此0《P1《1 W及0《P2《1适用。
[0006] 在每个电池组电池监控模块22中，均匀分布的随机过程被实施，该随机过程将P1 解释为称为接通概率的第一概率，其中每个断开的电池组电池21 W所述第一概率被接通， 并且将P2解释为称为断开概率的第二概率，其中每个接通的电池组电池21 W所述第二概 率被断开。所述中央控制单元30如此跟踪控制参量P1和P2,使得在电池组系统10的实际 的输出电压U和期望的输出电压Us之间出现尽可能小的差(调节差)。
[0007] 为了产生电池组11的经调节的输出电压U，可W附加地如此进行通过中央控制单 元30执行的控制算法的简单的扩展，使得主动式电池组电池功能状态均衡（电池组电池平 衡）对于电池组电池21通过同时使用加权的使用持续时间来实现。
[0008] 为了产生电池组的经调节的输出电压U，对此，每个电池组电池监控模块22根据 品质因子缩放相关的控制参量P1或者P2、也即相同地接收的并且根据所分配的电池组电 池21的开关状态选择的控制参量P1或者P2,所述品质因子根据所分配的电池组电池21的 荷电状态（S0C)和老化状态（S0H)被计算。为了产生电池组的经调节的输出电压U，因此在 放电过程期间断开的、具有较高的品质因子的电池组电池21比具有较低的饭小的)品质因 子的电池组电池21 W较大的概率被接通，并且，相反地，具有较低的品质因子的电池组电 池21比具有较高的品质因子的电池组电池21 W较大的概率被断开。为了产生电池组的经 调节的输出电压U，具有较低的品质因子的电池组电池21在时间上平均地不太频繁地被放 电，由此电池组电池21的主动式电池组电池功能状态均衡被实现。
【发明内容】
[0009] 按照本发明提供用于切换构造为电化学能量存储器的电池组的多个电池组电池 的方法。在此，所述电池组电池分别W相应的第一概率电禪合到电池组，并且分别W相应 的第二概率与电池组电去禪。此外，所述电池组电池彼此能串联。在所述方法中，对于每个 电池组电池，品质因子被计算为在第一函数和第二函数之间的总和，所述第一函数与相应 的电池组电池的充电状态尤其线性相关，所述第二函数与在电流的电流值和相应的电池组 电池的内阻之间的乘积尤其线性相关，其中如果相应的电池组电池电禪合到电池组，则所 述电流流过该相应的电池组电池。此外对于每个电池组电池，所述相应的第一概率和相应 的第二概率分别根据相应的电池组电池的所计算的品质因子被确定。
[0010] 按照本发明，此外提供具有被构造为电化学能量存储器的带有多个电池组电池单 元的电池组的电池组系统，所述电池组电池单元分别包括电池组电池和分配给所述电池组 电池的电池组电池监控模块。在此每个电池组电池监控模块被构造用于，将所分配的电池 组电池 W相应的第一概率电禪合到电池组，并且W相应的第二概率与电池组电去禪。所述 电池组电池还能借助于所分配的电池组电池监控模块彼此串联。此外每个电池组电池监控 模块被构造用于，作为在第一函数与第二函数之间的总和来计算所分配的电池组电池的品 质因子，其中所述第一函数与所分配的电池组电池的充电状态尤其线性相关，所述第二函 数与在电流的电流值和所分配的电池组电池的内阻之间的乘积尤其线性相关，如果所分配 的电池组电池电禪合到电池组，则所述电流流过该所分配的电池组电池。每个电池组电池 监控模块还被构造用于，对于所述所分配的电池组电池，分别根据所分配的电池组电池的 所计算的品质因子来确定相应的第一概率和相应的第二概率。
[0011] 在本发明中，电流的电流值被理解为相应电流的正地定义的绝对值。
[0012] 从属权利要求示出本发明的优选的改进方案。
[0013] 在本发明的特别优选的实施方式中，所述第一概率对于每个电池组电池而言在电 池组放电时是相应的电池组电池的品质因子的单调上升的尤其线性的函数，并且在电池组 充电时是单调下降的尤其线性的函数，和/或所述第二概率对于每个电池组电池而言在电 池组放电时是相应的电池组电池的品质因子的单调下降的尤其线性的函数，并且在电池组 充电时是单调上升的尤其线性的函数。优选地，在每个电池组电池的品质因子的表达式中 存在的第一函数不仅在电池组放电时、而且在电池组充电时是相应的电池组电池的充电状 态的单调上升的尤其线性的函数，和/或在每个电池组电池的品质因子的表达式中存在的 第二函数在电池组放电时是在电流的电流值和相应的电池组电池的内阻之间的乘积的单 调下降的尤其线性的函数，并且在电池组充电时是单调上升的尤其线性的函数，其中如果 相应的电池组电池禪合到电池组，则所述电流流过该相应的电池组电池。
[0014] 在本发明中，每个与电池组电去禪的电池组电池、也即每个断开的电池组电池可 第一概率被电禪合到电池组、也即被接通，所述第一概率在电池组放电时是相应的电 池组电池的品质因子的单调上升的尤其线性的函数，并且在电池组充电时是单调下降的尤 其线性的函数。运意味着，在电池组放电时，断开的电池组电池的品质因子越大，该电池组 电池越频繁地被接通，并且相反地，断开的电池组电池的品质因子越小，该电池组电池越不 频繁地 被接通。运还意味着，在电池组充电时，断开的电池组电池的品质因子越大，该电池 组电池越不频繁地被接通，并且相反地，断开的电池组电池的品质因子越小，该电池组电池 越频繁地被接通。此外，每个接通的电池组电池可W W第二概率被断开，所述第二概率在电 池组放电时是相应的电池组电池的品质因子的单调下降的尤其线性的函数，并且在电池组 充电时是单调上升的尤其线性的函数。运意味着，在电池组放电时，接通的电池组电池的品 质因子越大，该电池组电池越不频繁地被断开，并且相反地，接通的电池组电池的品质因子 越小，该电池组电池越频繁地被断开。运还意味着，在电池组充电时，接通的电池组电池的 品质因子越大，该电池组电池越频繁地被断开，并且相反地，接通的电池组电池的品质因子 越小，该电池组电池越不频繁地被断开。总而言之，具有较大的品质因子的电池组电池比具 有较小的品质因子的电池组电池较密集地被放电。
[0015] 按照本发明，此外对于每个电池组电池，可W借助于分配给所述每个电池组电池 的电池组电池监控模块作为在相应的电池组电池的充电状态的不仅在电池组放电时而且 在电池组充电时单调上升的尤其线性的第一函数和在电流的电流值和相应的电池组电池 的内阻之间的乘积的在电池组放电时单调下降的尤其线性的并且在电池组充电时单调上 升的尤其线性的第二函数之间的总和来计算品质因子，其中如果相应的电池组电池被接 通，则所述电流流过该相应的电池组电池。因为相同的电流流过彼此串联的电池组电池，并 且每个电池组电池的内阻与相应的电池组电池的老化状态成比例，因此，相对于至少一个 其他的电池组电池具有较大的充电状态但是具有相同的内阻或者相同的老化状态的每个 电池组电池与所述至少一个其他的电池组电池相比在电池组放电时较频繁地被加载荷并 且在电池组充电时不太频繁地（seltener)被加载荷。相反地，相对于至少一个其他的电池 组电池具有较小的充电状态但是具有相同的内阻或者相同的老化状态的每个电池组电池 与所述至少一个其他的电池组电池相比也在电池组放电时不太频繁地并且在电池组充电 时较频繁地被加载荷。因此，相对于至少一个其他的电池组电池具有相同的充电状态但是 具有较大的内阻或者较强烈地老化的每个电池组电池与所述至少一个其他的电池组电池 相比也不仅在电池组放电时而且在电池组充电时不太频繁地被加载荷。相反地，相对于至 少一个其他的电池组电池具有相同的充电状态但是具有较小的内阻或者较轻微地老化的 每个电池组电池与所述至少一个其他的电池组电池相比也不仅在电池组放电时而且在电 池组充电时较频繁地被加载荷。因为高的电流加速每个电池组电池的老化，并且较强烈地 老化的电池组电池具有提高的内阻，所W通过本发明实现按照本发明切换的电池组电池的 均匀的老化。
[0016] 简而言之，按照本发明，对于按照本发明的电池组系统的电池组的每个电池组电 池使用品质因子，所述品质因子根据相应的电池组电池的充电状态和老化状态分别运样地 被计算，使得借助于每个品质因子说明相应的电池组电池的功能状态。在此可W基于按照 本发明的电池组系统的电池组的电池组电池的按照本发明计算的品质因子执行主动式电 池组电池功能状态均衡，通过所述主动式电池组电池功能状态均衡同时实现在具有不同的 自放电和不同的化学容量的电池组电池之间的均衡和电池组电池的均匀的老化。运意味 着，具有较小的自放电和较大的化学容量的电池组电池与具有较高的自放电和较小的化学 容量的电池组电池相比更经常地被放电和更经常地被充电，并且相反地，具有较高的自放 电和较小的化学容量的电池组电池与具有较小的自放电和较大的化学容量的电池组电池 相比不太频繁地被放电和不太频繁被充电。同时，较好的电池组电池被如此加载荷，使得所 述较好的电池组电池比较差的电池组电池较强烈地老化，并且，相反地，较差的电池组电池 被如此加载荷，使得所述较差的电池组电池比较好的电池组电池较轻微地老化。
[0017] 在本发明的特别有利的实施方式中，为了计算每个电池组电池的品质因子，相应 的电池组电池的充电状态、第一电压和第二电压被测量，其中如果相应的电池组电池禪合 到电池组，则所述第一电压施加在该相应的电池组电池上，如果相应的电池组电池与电池 组去禪，则所述第二电压施加在该相应的电池组电池上。此外，相应的第一电压和相应的第 二电压之间的差的绝对值被确定，所述绝对值与电流的电流值和相应的电池组电池的内阻 之间的乘积相同，其中如果相应的电池组电池禪合到电池组，则所述电流流过该相应的电 池组电池。
[001引优选地，每个电池组电池的品质因子Gi在电池组放电时根据在W下关系式（1)中 说明的表达式和在电池组充电时根据在W下关系式（2)中说明的另一表达式来计算，其中 i是自然数，其处于1和在按照本发明的电池组系统的电池组中存在的电池组电池的用η表 示的数量之间，LZi是相应的第i电池组电池的充电状态，Uli是第一电压，其中如果相应的 第i电池组电池与电池组去禪，则所述第一电压施加在该相应的第i电池组电池上，U2i是 第二电压，其中如果相应的第i电池组电池禪合到电池组，则所述第二电压施加在该相应 的第i电池组电池上，并且其中U0是例如0. 25V的正的标准化参量，其尤其运样地被选择， 使得不等式I (Uli-U2i) |/|U0|《1是有效的。在此，kl和k2是用于计算相应的第i电 池组电池的品质因子Gi合适地选择的正的常数：
优选地，如果在所选择的标准化常数uo情况下其他的不等式I (Uli-U2i)|/|U0|〉l是 有效的，则在关系式1和2中，表达式（I (Uli-U2i) |/|U0|用具有值为1的常数代替。
[0019] 因此每个电池组电池的品质因子可W借助于分别所分配的电池组电池监控模块 W非常简单的方式被计算。
[0020] 优选地对于每个电池组电池，利用第一因子缩放（skalieren)的第一控制参量被 用作相应的第一概率，并且利用第二缩放因子缩放的第二控制参量被用作相应的第二概 率。在此，第一控制参量和第二控制参量分别与相应的电池组电池的品质因子无关。第一 因子和第二因子还分别根据相应的电池组电池的品质因子被预定义。
[0021] 优选地对于所有电池组电池，相同的第一控制参量和相同的第二控制参量被使 用。
[0022] 在本发明的特别优选的实施方式中，为了产生电池组的期望的输出电压，所述第 一控制参量和所述第二控制参量被预先给定。优选地，电池组的实际输出电压值被测量，并 且与电池组的期望的输出电压相比较。此外，当在实际的输出电压和期望的输出电压之间 存在差时，所述第一控制参量和所述第二控制参量运样地被改变，使得实际的输出电压和 期望的输出电压之间的差的绝对值被最小化。在此测量的实际输出电压和期望的输出电压 优选地不是相应电压的瞬时值，而是在多个调节周期上的相应的电压的平均值，或者相应 的电压的统计平均值。
[0023] 优选地按照本发明的电池组系统的电池组的电池组电池是裡离子电池组电池。
[0024] 本发明的另一方面设及具有按照本发明的电池组系统的车辆。
【附图说明】
[0025] 随后，本发明的实施例参考附图被详细地描述。对于相同的组件也使用相同的附 图标记。在附图中： 图1是由现有技术已知的电池组系统， 图2是按照本发明的第一实施方式的电池组系统， 图3是在按照本发明的第一实施方式构造的电池组系统的电池组中能使用的电池组 电池单元的等效电路图，所述电池组电池单元的电池组电池接通并且被放电，和 图4是在按照本发明的第一实施方式构造的电池组系统的电池组中能使用的另外的 电池组电池单元的等效电路图，所述电池组电池单元的电池组电池接通并且被充电。
【具体实施方式】
[0026] 图2根据本发明的第一实施方式示出按照本发明的电池组系统100。如同在图1 中示出的和由现有技术已知的电池组系统，按照本发明的电池组系统100包括具有多个电 池组电池单元120的、被构造为电化学能量存储器的电池组111，所述电池组电池单元120 分别包括电池组电池21和分配给电池组电池21的电池组电池监控模块122。在按照本发 明的电池组系统100中，每个电池组电池监控模块122也被构造用于，将所分配的电池组电 池21 W相应的第一概率Pli接通、也即电禪合到电池组111，并且W相应的第二概率P2i断 开、也即与电池组111电去禪。此外，按照本发明的电池组系统100的电池组电池单元122 也被运样地设置，使得如果相应的电池组电池21接通，则所述电池组电池21彼此串联，也 即运里接通的电池组电池21也可W分别W正的或者负的极性被引入到串联电路中。
[0027] 按照本发明的电池组系统100通过分配给电池组电池21的电池组电池监控模块 122的功能性与在图1中示出的电池组系统相区别。按照本发明的电池组电池监控模块122 被构造用于，与在图1中示出的电池组系统的电池组电池监控模块不同地确定所分配的电 池组电池21的用于缩放由中央控制单元30预先给定的控制参量P1和P2使用的品质因子 Gi并且因此也确定相应的第一概率Pli和相应的第二概率P2i。由此实现电池组电池21 的更有效的功能状态均衡。W下进一步描述每个按照本发明的电池组电池监控模块122的 功能性。
[0028] 对此在图3中示出在按照本发明的第一实施方式构造的电池组系统100的电池组 111中能使用的电池组电池单元120的等效电路图，所述电池组电池单元120的电池组电池 21通过其两个电池组电池端子26、27电禪合到电池组111，并且借助于放电电流I被放电。 此外在图4中示出在按照本发明的第一实施方式构造的电池组系统100的电池组111中能 使用的另外的电池组电池单元120的等效电路图，所述另外的电池组电池单元120的电池 组电池21通过其两个电池组电池端子26、27电禪合到电池组111，并且通过充电电流-I被 充电。因为在按照本发明的电池组系统100中，所有接通的电池组电池21也彼此串联，所 W相同的电流I、-I流过所有接通的电池组电池。在图3和4中还分别示出分配给电池组 电池21的电池组电池监控模块122。因为每个在电池组111中存在的电池组电池单元120 有相同的结构，所下对于所使用的参量使用相同的指数i，其中通过所述参量说明在图 3和4中示出的电池组电池单元120的电池组电池21的功能状态，所述指数是自然数，其处 于1和在电池组111中存在的电池组电池单元120的用η表示的数量之间。
[0029] 不同于在图1中示出的电池组系统的电池组电池监控模块，每个按照本发明的电 池组电池监控模块122被构造用于，测量所分配的电池组电池21的充电状态LZi、第一电压 Uli和第二电压U2i，其中如果所分配的电池组电池21接通，则所述第一电压Uli施加在该 所分配的电池组电池21上，如果所分配的电池组电池21接通，则所述第二电压U2i施加在 该所分配的电池组电池21上。在图3和4中示出的电池组电池单元120的电池组电池21 的内阻用化标记。
[0030] 关系式（3)适用于在图3中示出的电池组电池单元120的通过放电电流I放电的 电池组电池21，：
关系式（4)适用于在图4中示出的电池组电池单元120的通过充电电流-I充电的电 池组电池21 :
在关系式（4)中考虑到充电电流-I为负的。
[0031] 根据关系式（3)和（4)，对于每个接通的电池组电池21，相应的第一电压Uli和相 应的第二电压U2i之间的差的绝对值相等于在流过相应的电池组电池21的放电电流I或 者充电电流-I的电流值I与相应的电池组电池21的内阻化之间的乘积。运里电流1、-1 的电流值被理解为相应的电流1、-1的正地定义的绝对值|1|、|-1|。运些等式在关系式5 和6中示出：
每个按照本发明的电池组电池监控模块122被构造用于，在电池组111放电时按照在 一般性描述中已经介绍的关系式（1)计算所分配的电池组电池21的品质因子Gi :
此外每个按照本发明的电池组电池监控模块122被构造用于，在电池组111充电时按 照在一般性描述中已经介绍的关系式（2)计算所分配的电池组电池21的品质因子Gi :
在关系式1和2中U0是例如0. 25V的正的标准化参量，其尤其运样地被选择，使得所 述不等式I (Uli-U2i)|/|U0|《1是有效的。此外kl和k2是两个为了计算每个电池组电 池21的品质因子Gi合适地选择的正的常数。
[0032] 在合适地选择常数kl和k2情况下实现W下方面： 如果电流I、-I不流过按照本发明的电池组111的电池组电池21，则对于每个电池组 电池21，在所述相应的电流值I和相应的电池组电池21的内阻化之间的乘积等于零，也即 对于每个电池组电池21，参量I (Uli-U2i) I也等于零，该参量表示在相应的第一电压化1 和相应的第二电压Ui2之间的差的绝对值。由此，每个电池组电池21的品质因子Gi仅被 相应的电池组电池的充电状态LZi影响。如果流过按照本发明的电池组系统100的电池组 111的电流I、-I的电流值I升高，则相应的参量I (Uli-U2i) I也与电流I、-I的电流值 I和相应的电池组电池21的内阻化成比例地升高。因为流过按照本发明的电池组111的 电流1、-1对于所有的电池组电池21有相同的电流值I，运意味着在存在具有高的电流值I 的放电电流I时，具有提高的内阻化的电池组电池21与具有较小的内阻化的电池组电池 21相比获得较小的品质因子Gi，并且在存在具有高的电流值I的充电电流-I时，具有提高 的内阻化的电池组电池21与具有较小的内阻化的电池组电池21相比获得较大的品质因 子Gi。
[0033] 因此具有提高的内阻化的电池组电池21不仅在存在具有高的电流值I的放电电 流I时而且在存在具有高的电流值I的充电电流-I时不太频繁地被接通，并且由此较轻微 地被加载荷。因为具有高的电流值I的放电电流I W及充电电流-I加速每个电池组电池 21的老化，并且每个电池组电池21的内阻化与相应的电池组电池21的老化状态成比例， 所W可W基于电池组电池21的按照本发明计算的品质因子Gi实现电池组电池21的均匀 的老化。
[0034] 如之前已经提及的，所述中央控制单元30在按照本发明的电池组系统100中也被 构造用于，预先给定第一控制参量P1和第二控制参量P2,并且通过通信段31传送给电池组 电池监控模块122。
[0035] 简而言之，每个按照本发明的电池组电池监控模块122被构造用于，对于所分配 的电池组电池21，使用利用相应的第一因子fli缩放的第一控制参量P1作为相应的第一概 率Pli，并且使用利用第二因子f2i缩放的第二控制参量P2作为相应的第二概率P2i。因 为单个第一控制参量P1和单个第二控制参量P2由中央控制单元对于所有电池组电池21 预先给定，所W不仅第一控制参量P1而且第二控制参量P2分别与任何电池组电池21的品 质因子Gi无关。而所述第一因子fli和第二因子fli分别根据所分配的电池组电池21的 按照本发明计算的品质因子Gi被预定义。
[0036] 因此，每个按照本发明的电池组电池监控模块122被构造用于，对于所分配的电 池组电池21，在电池组（111)放电时根据关系式（7 )和在电池组（111)充电时根据关系式 (8)确定相应的第一概率P1 i，并且在电池组（111)放电时根据关系式（9)和在电池组（111) 充电时根据关系式（10)确定相应的第二概率P2i :
在关系式7至10中，P1是第一控制参量，P2是第二控制参量，fli是相应的第一因子 并且f2i是相应的第二因子。
[0037] 除了 W上文字公开，就此对本发明的其他公开补充地参考图2至4中的图示。
【主权项】
1. 用于切换构造为电化学能量存储器的电池组（111)的多个电池组电池（21)的方 法，其中所述电池组电池（21)分别利用相应的第一概率Pli被电耦合到所述电池组（111)， 并且分别利用相应的第二概率P2i与所述电池组（111)电去耦，并且其中所述电池组电池 (21)能彼此串联，其特征在于，对于每个电池组电池（21)，品质因子Gi被计算为在与相应 的电池组电池的充电状态LZi尤其线性相关的函数与第二函数之间的总和，其中所述第二 函数与在电流（I、-I)的电流值I和相应的电池组电池（21)的内阻（Ri )之间的乘积尤其线 性相关，其中如果相应的电池组电池（21)电耦合到所述电池组（111)，则所述电流（I、-I) 流过该相应的电池组电池（21 )，并且对于每个电池组电池（21 )，所述相应的第一概率Pli 和所述相应的第二概率P2i分别根据相应的电池组电池（21)的所计算的品质因子Gi被确 定。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一概率Pli对于每个电池组电池（21)在 电池组（111)放电时是相应的电池组电池（21)的品质因子Gi的单调上升的尤其线性的函 数，并且在电池组（111)充电时是单调下降的尤其线性的函数，和/或所述第二概率P2i对 于每个 电池组电池（21)在电池组（111)放电时是相应的电池组电池（21)的品质因子Gi的 单调下降的尤其线性的函数并且在电池组（111)充电时是单调上升的尤其线性的函数，和 /或在每个电池组电池（22)的品质因子Gi的表达式中存在的第一函数不仅在电池组（111) 放电时而且在电池组（111)充电时是相应的电池组电池（21)的充电状态LZi的单调上升 的尤其线性的函数，和/或在每个电池组电池（21)的品质因子Gi的表达式中存在的第二 函数在电池组（111)放电时是在电流（1、-1)的电流值I和相应的电池组电池（21)的内阻 (Ri)之间的乘积的单调下降的尤其线性的函数，并且在电池组（111)充电时是单调上升的 尤其线性的函数，其中如果相应的电池组电池（21)电耦合到所述电池组（111)，则所述电 流（I、-I)流过该相应的电池组电池（21)。3. 根据权利要求1或2之一所述的方法，其中为了计算每个电池组电池（21)的品质 因子Gi，测量相应的电池组电池（21)的充电状态LZi、第一电压（Uli)和第二电压（U2i)， 其中如果相应的电池组电池（21)耦合到所述电池组（111)，则所述第一电压施加在该相应 的电池组电池（21)上，如果相应的电池组电池（21)与所述电池组（111)去耦，则所述第二 电压施加在该相应的电池组电池（21)上，并且确定在相应的第一电压（Uli)和相应的第二 电压（Ui2)之间的差的绝对值，所述绝对值与在电流（1、-1)的电流值I和相应的电池组电 池（21)的内阻（Ri )之间的乘积相同，其中如果相应的电池组电池（21)耦合到所述电池组 (111)，则所述电流（I、-I)流过该相应的电池组电池（21)。4. 根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述品质因子Gi对于每个电池组电池 (21)在电池组（111)放电时按照关系式并且在电池组（111)充电时按照另一关系式被确定，其中kl+k2=l，kl和k2是正的常数，i是自然数，其处于1和电池组（111)的 电池组电池（21)的数量η之间，LZi是相应的第i电池组电池（21)的充电状态，Uli是第 一电压，如果相应的第i电池组电池（21)耦合到所述电池组（111)，则所述第一电压施加 在该相应的第i电池组电池（21)上，U2i是第二电压，如果相应的第i电池组电池（21)与 所述电池组（111)去耦，则所述第二电压施加在该相应的第i电池组电池（21)上，并且UO 是例如0. 25V的正的标准化参量，所述标准化参量尤其被选择为，使得不等式I (Uli-U2i) /|U0|彡1是有效的。5. 根据上述权利要求之一所述的方法，其中对于每个电池组电池（21)，利用第一因子 Hi缩放的第一控制参量Pl被用作所述相应的第一概率ΡΠ，并且利用第二因子f2i缩放 的第二控制参量P2被用作所述相应的第二概率P2i，其中所述第一控制参量Pl和所述第二 控制参量P 2分别与相应的电池组电池（21)的品质因子Gi无关，并且所述第一因子fli和 所述第二因子f2i分别根据相应的电池组电池（21)的品质因子Gi被预定义。6. 根据权利要求5所述的方法，其中对于所有的电池组电池（21)使用相同的第一控制 参量Pl和相同的第二控制参量P2。7. 根据权利要求6所述的方法，其中为了产生电池组（21)的期望的输出电压Us，所述 第一控制参量Pl和所述第二控制参量P2被预先给定，并且优选地，电池组（21)的实际输 出电压（U)被测量，并且被与电池组（21)的期望的输出电压Us比较，并且在存在所述实际 的输出电压（U)和所述期望的输出电压Us之间的差时，所述第一控制参量Pl和所述第二 控制参量P 2被改变为，使得在所述实际的输出电压（U)和所述期望的输出电压Us之间的 差的绝对值被最小化。8. 电池组系统（100)，具有被构造为电化学能量存储器的具有电池组电池单元（120) 的电池组（111 )，所述电池组电池单元（120)分别包括电池组电池（21)和分配给所述电池 组电池（21)的电池组电池监控模块（122)，其中每个电池组电池监控模块（122)被构造用 于，将所分配的电池组电池（21)以相应的第一概率Pli电耦合到所述电池组（111)，并且 以相应的第二概率P2i与所述电池组（111)电去耦，并且其中所述电池组电池（21)借助于 所述所分配的电池组电池监控模块（122)能彼此串联，其特征在于，每个电池组电池监控模 块（122)此外被构造用于，作为在第一函数和第二函数之间的总和计算所分配的电池组电 池（21)的品质因子Gi，其中所述第一函数与所分配的电池组电池（21)的充电状态LZi尤 其线性相关，所述第二函数与在电流（I、-I)的电流值I和所分配的电池组电池（21)的内 阻（Ri)之间的乘积尤其线性相关，其中如果所分配的电池组电池（21)电耦合到所述电池 组（111)，则所述电流流过所述所分配的电池组电池（21)，并且对于所分配的电池组电池 (21)，分别根据所分配的电池组电池（21)的品质因子Gi确定所述相应的第一概率Pli和 所述相应的第二概率P2i。9. 根据权利要求8所述的电池组系统（100)，其中每个电池组电池监控模块（122)被构 造用于，为了计算所分配的电池组电池（21)的品质因子Gi测量所分配的电池组电池（21) 的充电状态LZi、第一电压（Ul i )和第二电压（U2i )，其中如果所分配的电池组电池（21)电 耦合到所述电池组（111)，则所述第一电压（Uli)施加在所述所分配的电池组电池（21)上， 如果所分配的电池组电池（21)与所述电池组（111)电去耦，则所述第二电压（U2i)施加 在所述所分配的电池组电池（21)上，并且确定相应的第一电压（Uli)和相应的第二电压 (U2i)之间的差的绝对值，所述绝对值与在电流（I、-I)的电流值I和所分配的电池组电池 (21)的内阻（Ri)之间的乘积相同，其中如果所分配的电池组电池（21)耦合到所述电池组 (111)，则所述电流（I、-I)流过所述所分配的电池组电池（21)。10. 根据权利要求8或9之一所述的电池组系统（100)，其中每个电池组电池监控模块 (122)此外被构造用于，使用利用第一因子Hi缩放的第一控制参量Pl作为所述相应的第 一概率ΡΠ，并且使用利用第二因子f2i缩放的第二控制参量P2作为所述相应的第二概率 P2i，其中所述第一控制参量Pl和所述第二控制参量P2分别与相应的电池组电池（21)的 品质因子（Gi)无关，并且所述第一因子fli和所述第二因子f2i分别根据所分配的电池组 电池（21)的品质因子Gi被预定义。11. 根据权利要求8至10之一所述电池组系统（100)，具有中央控制单元（30)，所述中 央控制单元（30)被构造用于，为了产生电池组（100)的期望的输出电压Us，对于所有电池 组电池（21)预先给定单个第一控制参量Pl和单个第二控制参量P2,并且将所述第一控制 参量Pl和所述第二控制参量P2传送给所有的电池组电池监控模块（122)，并且优选地测量 电池组（111)的实际的输出电压（U)，并且与电池组（111)的期望的输出电压Us比较，并且 在存在所述实际的输出电压（U)和所述期望的输出电压Us之间的差时，将所述第一控制参 量Pl和所述第二控制参量P2改变为，使得使所述实际的输出电压（U)和所述期望的输出 电压Us之间的差的绝对值最小化。
【专利摘要】本发明涉及用于切换构造为电化学能量存储器的电池组的多个电池组电池的方法，其中电池组电池分别以相应的第一概率P1i被电耦合到电池组，且分别以相应的第二概率P2i与电池组电去耦，并且其中电池组电池能彼此串联。在该方法中，对于每个电池组电池，作为在与相应的电池组电池的充电状态LZi尤其线性相关的函数和第二函数之间的总和计算品质因子Gi，其中第二函数与在电流的电流值和相应的电池组电池的内阻之间的乘积尤其线性相关，其中如果相应的电池组电池电耦合到电池组，则所述电流流过相应的电池组电池。对于每个电池组电池，相应的第一概率P1i和相应的第二概率P2i还分别根据相应的电池组电池的所计算的品质因子Gi被确定。
【IPC分类】H01M10/44, H02J7/00
【公开号】CN105490325
【申请号】CN201510635071
【发明人】P.哈特曼, P.希伦布兰德
【申请人】罗伯特·博世有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月30日
【公告号】DE102014220062A1, US20160099488
【技术领域】
[0001] 本发明设及用于切换（Schalten)被构造为电化学能量存储器的电池组的多个电 池组电池的方法。本发明还设及具有被构造为电化学能量存储器的带有多个电池组电池单 元的电池组的电池组系统，所述电池组电池单元分别包括电池组电池和分配给电池组电池 的电池组电池监控模块。
【背景技术】
[0002] 在图1中示出由现有技术已知的电池组系统10,其包括具有多个电池组电池单元 (Smart Cell化it (智能电池单元）SCU) 20的电池组11，所述电池组电池单元分别具有电 池组电池21和分配给电池组电池21的电池组电池监控模块（电池组电池电子模块或者电 池组电池电子设备)22。为了简化图1的图示，仅两个电池组电池单元被绘出草图并且分别 配备有附图标记20。所述电池组电池监控模块22能够单独地控制单个电池组电池21。为 了产生电池组11的输出电压(总输出电压)U，其中该输出电压还用作电池组系统10的输出 电压U，所述电池组电池监控模块22 W串联的方式通过连接段彼此连接。所述电池组系统 10此外包括中央控制单元（Central Control化it (中央控制单元乂CU)30,用于控制电池 组系统10。
[0003] 为了产生电池组11的经调节的输出电压(总输出电压）U，各个电池组电池21分 别借助于所分配的电池组电池监控模块22接通，也即所述电池组电池21分别相对于输出 电压U的量取W正的或者负的极性被引入到串联电路中。为了产生电池组11的经调节的 输出电压(总输出电压）U，此外各个电池组电池21分别借助于所分配的电池组电池监控模 块22被断开，也即将要断开的电池组电池22与串联电路分离，其方式是，借助于所分配的 电池组电池监控模块22电连接每个要断开的电池组电池21的接线端，由此相应的电池组 电池21被跨接。接入到串联电路的电池组电池21因此可W分别处于被称作"正接入"的 开关状态中或者处于被称作"负接入"的另一开关状态中。此外，与串联电路分离的电池组 电池21处于被称作"跨接"的开关状态中。
[0004] 在运样的电池组系统10 (智能电池电池组系统（SmartCell-Batteriesystemen)) 中，分散地在各自的电池组电池监控模块22中对电池组电池21的开关状态的变化进行决 定。实际的调节功能通过中央控制单元20实施，所述中央控制单元20被构造为低耗费地 实现的中央调节器。
[0005] 在此，在电池组系统10中，通过被构造为单向通信接口的通信段31预先给定第一 控制参量P1和第二控制参量P2,通过所述通信段31，仅一个唯一的包括实际的控制参量P1 和P2的消息由中央控制单元30被发送给所有的电池组电池监控模块22。所有的电池组电 池监控模块22接收相同的消息，并且通过相应的在电池组电池监控模块22中分别存在的 开关(未示出)要么自主地将分别分配的电池组电池21接入串联电路，要么跨接分别分配的 电池组电池21。根据控制算法，所述中央控制单元30预先给定W两个处于0和1之间的数 值形式的两个控制参量P1、P2,所述控制参量通过通信段31由中央控制单元（CCU)30被传 输到电池组电池监控模块（SCU)22,并且同样地由所有的电池组电池监控模块22接收。在 此0《P1《1 W及0《P2《1适用。
[0006] 在每个电池组电池监控模块22中，均匀分布的随机过程被实施，该随机过程将P1 解释为称为接通概率的第一概率，其中每个断开的电池组电池21 W所述第一概率被接通， 并且将P2解释为称为断开概率的第二概率，其中每个接通的电池组电池21 W所述第二概 率被断开。所述中央控制单元30如此跟踪控制参量P1和P2,使得在电池组系统10的实际 的输出电压U和期望的输出电压Us之间出现尽可能小的差(调节差)。
[0007] 为了产生电池组11的经调节的输出电压U，可W附加地如此进行通过中央控制单 元30执行的控制算法的简单的扩展，使得主动式电池组电池功能状态均衡（电池组电池平 衡）对于电池组电池21通过同时使用加权的使用持续时间来实现。
[0008] 为了产生电池组的经调节的输出电压U，对此，每个电池组电池监控模块22根据 品质因子缩放相关的控制参量P1或者P2、也即相同地接收的并且根据所分配的电池组电 池21的开关状态选择的控制参量P1或者P2,所述品质因子根据所分配的电池组电池21的 荷电状态（S0C)和老化状态（S0H)被计算。为了产生电池组的经调节的输出电压U，因此在 放电过程期间断开的、具有较高的品质因子的电池组电池21比具有较低的饭小的)品质因 子的电池组电池21 W较大的概率被接通，并且，相反地，具有较低的品质因子的电池组电 池21比具有较高的品质因子的电池组电池21 W较大的概率被断开。为了产生电池组的经 调节的输出电压U，具有较低的品质因子的电池组电池21在时间上平均地不太频繁地被放 电，由此电池组电池21的主动式电池组电池功能状态均衡被实现。
【发明内容】
[0009] 按照本发明提供用于切换构造为电化学能量存储器的电池组的多个电池组电池 的方法。在此，所述电池组电池分别W相应的第一概率电禪合到电池组，并且分别W相应 的第二概率与电池组电去禪。此外，所述电池组电池彼此能串联。在所述方法中，对于每个 电池组电池，品质因子被计算为在第一函数和第二函数之间的总和，所述第一函数与相应 的电池组电池的充电状态尤其线性相关，所述第二函数与在电流的电流值和相应的电池组 电池的内阻之间的乘积尤其线性相关，其中如果相应的电池组电池电禪合到电池组，则所 述电流流过该相应的电池组电池。此外对于每个电池组电池，所述相应的第一概率和相应 的第二概率分别根据相应的电池组电池的所计算的品质因子被确定。
[0010] 按照本发明，此外提供具有被构造为电化学能量存储器的带有多个电池组电池单 元的电池组的电池组系统，所述电池组电池单元分别包括电池组电池和分配给所述电池组 电池的电池组电池监控模块。在此每个电池组电池监控模块被构造用于，将所分配的电池 组电池 W相应的第一概率电禪合到电池组，并且W相应的第二概率与电池组电去禪。所述 电池组电池还能借助于所分配的电池组电池监控模块彼此串联。此外每个电池组电池监控 模块被构造用于，作为在第一函数与第二函数之间的总和来计算所分配的电池组电池的品 质因子，其中所述第一函数与所分配的电池组电池的充电状态尤其线性相关，所述第二函 数与在电流的电流值和所分配的电池组电池的内阻之间的乘积尤其线性相关，如果所分配 的电池组电池电禪合到电池组，则所述电流流过该所分配的电池组电池。每个电池组电池 监控模块还被构造用于，对于所述所分配的电池组电池，分别根据所分配的电池组电池的 所计算的品质因子来确定相应的第一概率和相应的第二概率。
[0011] 在本发明中，电流的电流值被理解为相应电流的正地定义的绝对值。
[0012] 从属权利要求示出本发明的优选的改进方案。
[0013] 在本发明的特别优选的实施方式中，所述第一概率对于每个电池组电池而言在电 池组放电时是相应的电池组电池的品质因子的单调上升的尤其线性的函数，并且在电池组 充电时是单调下降的尤其线性的函数，和/或所述第二概率对于每个电池组电池而言在电 池组放电时是相应的电池组电池的品质因子的单调下降的尤其线性的函数，并且在电池组 充电时是单调上升的尤其线性的函数。优选地，在每个电池组电池的品质因子的表达式中 存在的第一函数不仅在电池组放电时、而且在电池组充电时是相应的电池组电池的充电状 态的单调上升的尤其线性的函数，和/或在每个电池组电池的品质因子的表达式中存在的 第二函数在电池组放电时是在电流的电流值和相应的电池组电池的内阻之间的乘积的单 调下降的尤其线性的函数，并且在电池组充电时是单调上升的尤其线性的函数，其中如果 相应的电池组电池禪合到电池组，则所述电流流过该相应的电池组电池。
[0014] 在本发明中，每个与电池组电去禪的电池组电池、也即每个断开的电池组电池可 第一概率被电禪合到电池组、也即被接通，所述第一概率在电池组放电时是相应的电 池组电池的品质因子的单调上升的尤其线性的函数，并且在电池组充电时是单调下降的尤 其线性的函数。运意味着，在电池组放电时，断开的电池组电池的品质因子越大，该电池组 电池越频繁地被接通，并且相反地，断开的电池组电池的品质因子越小，该电池组电池越不 频繁地 被接通。运还意味着，在电池组充电时，断开的电池组电池的品质因子越大，该电池 组电池越不频繁地被接通，并且相反地，断开的电池组电池的品质因子越小，该电池组电池 越频繁地被接通。此外，每个接通的电池组电池可W W第二概率被断开，所述第二概率在电 池组放电时是相应的电池组电池的品质因子的单调下降的尤其线性的函数，并且在电池组 充电时是单调上升的尤其线性的函数。运意味着，在电池组放电时，接通的电池组电池的品 质因子越大，该电池组电池越不频繁地被断开，并且相反地，接通的电池组电池的品质因子 越小，该电池组电池越频繁地被断开。运还意味着，在电池组充电时，接通的电池组电池的 品质因子越大，该电池组电池越频繁地被断开，并且相反地，接通的电池组电池的品质因子 越小，该电池组电池越不频繁地被断开。总而言之，具有较大的品质因子的电池组电池比具 有较小的品质因子的电池组电池较密集地被放电。
[0015] 按照本发明，此外对于每个电池组电池，可W借助于分配给所述每个电池组电池 的电池组电池监控模块作为在相应的电池组电池的充电状态的不仅在电池组放电时而且 在电池组充电时单调上升的尤其线性的第一函数和在电流的电流值和相应的电池组电池 的内阻之间的乘积的在电池组放电时单调下降的尤其线性的并且在电池组充电时单调上 升的尤其线性的第二函数之间的总和来计算品质因子，其中如果相应的电池组电池被接 通，则所述电流流过该相应的电池组电池。因为相同的电流流过彼此串联的电池组电池，并 且每个电池组电池的内阻与相应的电池组电池的老化状态成比例，因此，相对于至少一个 其他的电池组电池具有较大的充电状态但是具有相同的内阻或者相同的老化状态的每个 电池组电池与所述至少一个其他的电池组电池相比在电池组放电时较频繁地被加载荷并 且在电池组充电时不太频繁地（seltener)被加载荷。相反地，相对于至少一个其他的电池 组电池具有较小的充电状态但是具有相同的内阻或者相同的老化状态的每个电池组电池 与所述至少一个其他的电池组电池相比也在电池组放电时不太频繁地并且在电池组充电 时较频繁地被加载荷。因此，相对于至少一个其他的电池组电池具有相同的充电状态但是 具有较大的内阻或者较强烈地老化的每个电池组电池与所述至少一个其他的电池组电池 相比也不仅在电池组放电时而且在电池组充电时不太频繁地被加载荷。相反地，相对于至 少一个其他的电池组电池具有相同的充电状态但是具有较小的内阻或者较轻微地老化的 每个电池组电池与所述至少一个其他的电池组电池相比也不仅在电池组放电时而且在电 池组充电时较频繁地被加载荷。因为高的电流加速每个电池组电池的老化，并且较强烈地 老化的电池组电池具有提高的内阻，所W通过本发明实现按照本发明切换的电池组电池的 均匀的老化。
[0016] 简而言之，按照本发明，对于按照本发明的电池组系统的电池组的每个电池组电 池使用品质因子，所述品质因子根据相应的电池组电池的充电状态和老化状态分别运样地 被计算，使得借助于每个品质因子说明相应的电池组电池的功能状态。在此可W基于按照 本发明的电池组系统的电池组的电池组电池的按照本发明计算的品质因子执行主动式电 池组电池功能状态均衡，通过所述主动式电池组电池功能状态均衡同时实现在具有不同的 自放电和不同的化学容量的电池组电池之间的均衡和电池组电池的均匀的老化。运意味 着，具有较小的自放电和较大的化学容量的电池组电池与具有较高的自放电和较小的化学 容量的电池组电池相比更经常地被放电和更经常地被充电，并且相反地，具有较高的自放 电和较小的化学容量的电池组电池与具有较小的自放电和较大的化学容量的电池组电池 相比不太频繁地被放电和不太频繁被充电。同时，较好的电池组电池被如此加载荷，使得所 述较好的电池组电池比较差的电池组电池较强烈地老化，并且，相反地，较差的电池组电池 被如此加载荷，使得所述较差的电池组电池比较好的电池组电池较轻微地老化。
[0017] 在本发明的特别有利的实施方式中，为了计算每个电池组电池的品质因子，相应 的电池组电池的充电状态、第一电压和第二电压被测量，其中如果相应的电池组电池禪合 到电池组，则所述第一电压施加在该相应的电池组电池上，如果相应的电池组电池与电池 组去禪，则所述第二电压施加在该相应的电池组电池上。此外，相应的第一电压和相应的第 二电压之间的差的绝对值被确定，所述绝对值与电流的电流值和相应的电池组电池的内阻 之间的乘积相同，其中如果相应的电池组电池禪合到电池组，则所述电流流过该相应的电 池组电池。
[001引优选地，每个电池组电池的品质因子Gi在电池组放电时根据在W下关系式（1)中 说明的表达式和在电池组充电时根据在W下关系式（2)中说明的另一表达式来计算，其中 i是自然数，其处于1和在按照本发明的电池组系统的电池组中存在的电池组电池的用η表 示的数量之间，LZi是相应的第i电池组电池的充电状态，Uli是第一电压，其中如果相应的 第i电池组电池与电池组去禪，则所述第一电压施加在该相应的第i电池组电池上，U2i是 第二电压，其中如果相应的第i电池组电池禪合到电池组，则所述第二电压施加在该相应 的第i电池组电池上，并且其中U0是例如0. 25V的正的标准化参量，其尤其运样地被选择， 使得不等式I (Uli-U2i) |/|U0|《1是有效的。在此，kl和k2是用于计算相应的第i电 池组电池的品质因子Gi合适地选择的正的常数：
优选地，如果在所选择的标准化常数uo情况下其他的不等式I (Uli-U2i)|/|U0|〉l是 有效的，则在关系式1和2中，表达式（I (Uli-U2i) |/|U0|用具有值为1的常数代替。
[0019] 因此每个电池组电池的品质因子可W借助于分别所分配的电池组电池监控模块 W非常简单的方式被计算。
[0020] 优选地对于每个电池组电池，利用第一因子缩放（skalieren)的第一控制参量被 用作相应的第一概率，并且利用第二缩放因子缩放的第二控制参量被用作相应的第二概 率。在此，第一控制参量和第二控制参量分别与相应的电池组电池的品质因子无关。第一 因子和第二因子还分别根据相应的电池组电池的品质因子被预定义。
[0021] 优选地对于所有电池组电池，相同的第一控制参量和相同的第二控制参量被使 用。
[0022] 在本发明的特别优选的实施方式中，为了产生电池组的期望的输出电压，所述第 一控制参量和所述第二控制参量被预先给定。优选地，电池组的实际输出电压值被测量，并 且与电池组的期望的输出电压相比较。此外，当在实际的输出电压和期望的输出电压之间 存在差时，所述第一控制参量和所述第二控制参量运样地被改变，使得实际的输出电压和 期望的输出电压之间的差的绝对值被最小化。在此测量的实际输出电压和期望的输出电压 优选地不是相应电压的瞬时值，而是在多个调节周期上的相应的电压的平均值，或者相应 的电压的统计平均值。
[0023] 优选地按照本发明的电池组系统的电池组的电池组电池是裡离子电池组电池。
[0024] 本发明的另一方面设及具有按照本发明的电池组系统的车辆。
【附图说明】
[0025] 随后，本发明的实施例参考附图被详细地描述。对于相同的组件也使用相同的附 图标记。在附图中： 图1是由现有技术已知的电池组系统， 图2是按照本发明的第一实施方式的电池组系统， 图3是在按照本发明的第一实施方式构造的电池组系统的电池组中能使用的电池组 电池单元的等效电路图，所述电池组电池单元的电池组电池接通并且被放电，和 图4是在按照本发明的第一实施方式构造的电池组系统的电池组中能使用的另外的 电池组电池单元的等效电路图，所述电池组电池单元的电池组电池接通并且被充电。
【具体实施方式】
[0026] 图2根据本发明的第一实施方式示出按照本发明的电池组系统100。如同在图1 中示出的和由现有技术已知的电池组系统，按照本发明的电池组系统100包括具有多个电 池组电池单元120的、被构造为电化学能量存储器的电池组111，所述电池组电池单元120 分别包括电池组电池21和分配给电池组电池21的电池组电池监控模块122。在按照本发 明的电池组系统100中，每个电池组电池监控模块122也被构造用于，将所分配的电池组电 池21 W相应的第一概率Pli接通、也即电禪合到电池组111，并且W相应的第二概率P2i断 开、也即与电池组111电去禪。此外，按照本发明的电池组系统100的电池组电池单元122 也被运样地设置，使得如果相应的电池组电池21接通，则所述电池组电池21彼此串联，也 即运里接通的电池组电池21也可W分别W正的或者负的极性被引入到串联电路中。
[0027] 按照本发明的电池组系统100通过分配给电池组电池21的电池组电池监控模块 122的功能性与在图1中示出的电池组系统相区别。按照本发明的电池组电池监控模块122 被构造用于，与在图1中示出的电池组系统的电池组电池监控模块不同地确定所分配的电 池组电池21的用于缩放由中央控制单元30预先给定的控制参量P1和P2使用的品质因子 Gi并且因此也确定相应的第一概率Pli和相应的第二概率P2i。由此实现电池组电池21 的更有效的功能状态均衡。W下进一步描述每个按照本发明的电池组电池监控模块122的 功能性。
[0028] 对此在图3中示出在按照本发明的第一实施方式构造的电池组系统100的电池组 111中能使用的电池组电池单元120的等效电路图，所述电池组电池单元120的电池组电池 21通过其两个电池组电池端子26、27电禪合到电池组111，并且借助于放电电流I被放电。 此外在图4中示出在按照本发明的第一实施方式构造的电池组系统100的电池组111中能 使用的另外的电池组电池单元120的等效电路图，所述另外的电池组电池单元120的电池 组电池21通过其两个电池组电池端子26、27电禪合到电池组111，并且通过充电电流-I被 充电。因为在按照本发明的电池组系统100中，所有接通的电池组电池21也彼此串联，所 W相同的电流I、-I流过所有接通的电池组电池。在图3和4中还分别示出分配给电池组 电池21的电池组电池监控模块122。因为每个在电池组111中存在的电池组电池单元120 有相同的结构，所下对于所使用的参量使用相同的指数i，其中通过所述参量说明在图 3和4中示出的电池组电池单元120的电池组电池21的功能状态，所述指数是自然数，其处 于1和在电池组111中存在的电池组电池单元120的用η表示的数量之间。
[0029] 不同于在图1中示出的电池组系统的电池组电池监控模块，每个按照本发明的电 池组电池监控模块122被构造用于，测量所分配的电池组电池21的充电状态LZi、第一电压 Uli和第二电压U2i，其中如果所分配的电池组电池21接通，则所述第一电压Uli施加在该 所分配的电池组电池21上，如果所分配的电池组电池21接通，则所述第二电压U2i施加在 该所分配的电池组电池21上。在图3和4中示出的电池组电池单元120的电池组电池21 的内阻用化标记。
[0030] 关系式（3)适用于在图3中示出的电池组电池单元120的通过放电电流I放电的 电池组电池21，：
关系式（4)适用于在图4中示出的电池组电池单元120的通过充电电流-I充电的电 池组电池21 :
在关系式（4)中考虑到充电电流-I为负的。
[0031] 根据关系式（3)和（4)，对于每个接通的电池组电池21，相应的第一电压Uli和相 应的第二电压U2i之间的差的绝对值相等于在流过相应的电池组电池21的放电电流I或 者充电电流-I的电流值I与相应的电池组电池21的内阻化之间的乘积。运里电流1、-1 的电流值被理解为相应的电流1、-1的正地定义的绝对值|1|、|-1|。运些等式在关系式5 和6中示出：
每个按照本发明的电池组电池监控模块122被构造用于，在电池组111放电时按照在 一般性描述中已经介绍的关系式（1)计算所分配的电池组电池21的品质因子Gi :
此外每个按照本发明的电池组电池监控模块122被构造用于，在电池组111充电时按 照在一般性描述中已经介绍的关系式（2)计算所分配的电池组电池21的品质因子Gi :
在关系式1和2中U0是例如0. 25V的正的标准化参量，其尤其运样地被选择，使得所 述不等式I (Uli-U2i)|/|U0|《1是有效的。此外kl和k2是两个为了计算每个电池组电 池21的品质因子Gi合适地选择的正的常数。
[0032] 在合适地选择常数kl和k2情况下实现W下方面： 如果电流I、-I不流过按照本发明的电池组111的电池组电池21，则对于每个电池组 电池21，在所述相应的电流值I和相应的电池组电池21的内阻化之间的乘积等于零，也即 对于每个电池组电池21，参量I (Uli-U2i) I也等于零，该参量表示在相应的第一电压化1 和相应的第二电压Ui2之间的差的绝对值。由此，每个电池组电池21的品质因子Gi仅被 相应的电池组电池的充电状态LZi影响。如果流过按照本发明的电池组系统100的电池组 111的电流I、-I的电流值I升高，则相应的参量I (Uli-U2i) I也与电流I、-I的电流值 I和相应的电池组电池21的内阻化成比例地升高。因为流过按照本发明的电池组111的 电流1、-1对于所有的电池组电池21有相同的电流值I，运意味着在存在具有高的电流值I 的放电电流I时，具有提高的内阻化的电池组电池21与具有较小的内阻化的电池组电池 21相比获得较小的品质因子Gi，并且在存在具有高的电流值I的充电电流-I时，具有提高 的内阻化的电池组电池21与具有较小的内阻化的电池组电池21相比获得较大的品质因 子Gi。
[0033] 因此具有提高的内阻化的电池组电池21不仅在存在具有高的电流值I的放电电 流I时而且在存在具有高的电流值I的充电电流-I时不太频繁地被接通，并且由此较轻微 地被加载荷。因为具有高的电流值I的放电电流I W及充电电流-I加速每个电池组电池 21的老化，并且每个电池组电池21的内阻化与相应的电池组电池21的老化状态成比例， 所W可W基于电池组电池21的按照本发明计算的品质因子Gi实现电池组电池21的均匀 的老化。
[0034] 如之前已经提及的，所述中央控制单元30在按照本发明的电池组系统100中也被 构造用于，预先给定第一控制参量P1和第二控制参量P2,并且通过通信段31传送给电池组 电池监控模块122。
[0035] 简而言之，每个按照本发明的电池组电池监控模块122被构造用于，对于所分配 的电池组电池21，使用利用相应的第一因子fli缩放的第一控制参量P1作为相应的第一概 率Pli，并且使用利用第二因子f2i缩放的第二控制参量P2作为相应的第二概率P2i。因 为单个第一控制参量P1和单个第二控制参量P2由中央控制单元对于所有电池组电池21 预先给定，所W不仅第一控制参量P1而且第二控制参量P2分别与任何电池组电池21的品 质因子Gi无关。而所述第一因子fli和第二因子fli分别根据所分配的电池组电池21的 按照本发明计算的品质因子Gi被预定义。
[0036] 因此，每个按照本发明的电池组电池监控模块122被构造用于，对于所分配的电 池组电池21，在电池组（111)放电时根据关系式（7 )和在电池组（111)充电时根据关系式 (8)确定相应的第一概率P1 i，并且在电池组（111)放电时根据关系式（9)和在电池组（111) 充电时根据关系式（10)确定相应的第二概率P2i :
在关系式7至10中，P1是第一控制参量，P2是第二控制参量，fli是相应的第一因子 并且f2i是相应的第二因子。
[0037] 除了 W上文字公开，就此对本发明的其他公开补充地参考图2至4中的图示。
【主权项】
1. 用于切换构造为电化学能量存储器的电池组（111)的多个电池组电池（21)的方 法，其中所述电池组电池（21)分别利用相应的第一概率Pli被电耦合到所述电池组（111)， 并且分别利用相应的第二概率P2i与所述电池组（111)电去耦，并且其中所述电池组电池 (21)能彼此串联，其特征在于，对于每个电池组电池（21)，品质因子Gi被计算为在与相应 的电池组电池的充电状态LZi尤其线性相关的函数与第二函数之间的总和，其中所述第二 函数与在电流（I、-I)的电流值I和相应的电池组电池（21)的内阻（Ri )之间的乘积尤其线 性相关，其中如果相应的电池组电池（21)电耦合到所述电池组（111)，则所述电流（I、-I) 流过该相应的电池组电池（21 )，并且对于每个电池组电池（21 )，所述相应的第一概率Pli 和所述相应的第二概率P2i分别根据相应的电池组电池（21)的所计算的品质因子Gi被确 定。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一概率Pli对于每个电池组电池（21)在 电池组（111)放电时是相应的电池组电池（21)的品质因子Gi的单调上升的尤其线性的函 数，并且在电池组（111)充电时是单调下降的尤其线性的函数，和/或所述第二概率P2i对 于每个 电池组电池（21)在电池组（111)放电时是相应的电池组电池（21)的品质因子Gi的 单调下降的尤其线性的函数并且在电池组（111)充电时是单调上升的尤其线性的函数，和 /或在每个电池组电池（22)的品质因子Gi的表达式中存在的第一函数不仅在电池组（111) 放电时而且在电池组（111)充电时是相应的电池组电池（21)的充电状态LZi的单调上升 的尤其线性的函数，和/或在每个电池组电池（21)的品质因子Gi的表达式中存在的第二 函数在电池组（111)放电时是在电流（1、-1)的电流值I和相应的电池组电池（21)的内阻 (Ri)之间的乘积的单调下降的尤其线性的函数，并且在电池组（111)充电时是单调上升的 尤其线性的函数，其中如果相应的电池组电池（21)电耦合到所述电池组（111)，则所述电 流（I、-I)流过该相应的电池组电池（21)。3. 根据权利要求1或2之一所述的方法，其中为了计算每个电池组电池（21)的品质 因子Gi，测量相应的电池组电池（21)的充电状态LZi、第一电压（Uli)和第二电压（U2i)， 其中如果相应的电池组电池（21)耦合到所述电池组（111)，则所述第一电压施加在该相应 的电池组电池（21)上，如果相应的电池组电池（21)与所述电池组（111)去耦，则所述第二 电压施加在该相应的电池组电池（21)上，并且确定在相应的第一电压（Uli)和相应的第二 电压（Ui2)之间的差的绝对值，所述绝对值与在电流（1、-1)的电流值I和相应的电池组电 池（21)的内阻（Ri )之间的乘积相同，其中如果相应的电池组电池（21)耦合到所述电池组 (111)，则所述电流（I、-I)流过该相应的电池组电池（21)。4. 根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述品质因子Gi对于每个电池组电池 (21)在电池组（111)放电时按照关系式并且在电池组（111)充电时按照另一关系式被确定，其中kl+k2=l，kl和k2是正的常数，i是自然数，其处于1和电池组（111)的 电池组电池（21)的数量η之间，LZi是相应的第i电池组电池（21)的充电状态，Uli是第 一电压，如果相应的第i电池组电池（21)耦合到所述电池组（111)，则所述第一电压施加 在该相应的第i电池组电池（21)上，U2i是第二电压，如果相应的第i电池组电池（21)与 所述电池组（111)去耦，则所述第二电压施加在该相应的第i电池组电池（21)上，并且UO 是例如0. 25V的正的标准化参量，所述标准化参量尤其被选择为，使得不等式I (Uli-U2i) /|U0|彡1是有效的。5. 根据上述权利要求之一所述的方法，其中对于每个电池组电池（21)，利用第一因子 Hi缩放的第一控制参量Pl被用作所述相应的第一概率ΡΠ，并且利用第二因子f2i缩放 的第二控制参量P2被用作所述相应的第二概率P2i，其中所述第一控制参量Pl和所述第二 控制参量P 2分别与相应的电池组电池（21)的品质因子Gi无关，并且所述第一因子fli和 所述第二因子f2i分别根据相应的电池组电池（21)的品质因子Gi被预定义。6. 根据权利要求5所述的方法，其中对于所有的电池组电池（21)使用相同的第一控制 参量Pl和相同的第二控制参量P2。7. 根据权利要求6所述的方法，其中为了产生电池组（21)的期望的输出电压Us，所述 第一控制参量Pl和所述第二控制参量P2被预先给定，并且优选地，电池组（21)的实际输 出电压（U)被测量，并且被与电池组（21)的期望的输出电压Us比较，并且在存在所述实际 的输出电压（U)和所述期望的输出电压Us之间的差时，所述第一控制参量Pl和所述第二 控制参量P 2被改变为，使得在所述实际的输出电压（U)和所述期望的输出电压Us之间的 差的绝对值被最小化。8. 电池组系统（100)，具有被构造为电化学能量存储器的具有电池组电池单元（120) 的电池组（111 )，所述电池组电池单元（120)分别包括电池组电池（21)和分配给所述电池 组电池（21)的电池组电池监控模块（122)，其中每个电池组电池监控模块（122)被构造用 于，将所分配的电池组电池（21)以相应的第一概率Pli电耦合到所述电池组（111)，并且 以相应的第二概率P2i与所述电池组（111)电去耦，并且其中所述电池组电池（21)借助于 所述所分配的电池组电池监控模块（122)能彼此串联，其特征在于，每个电池组电池监控模 块（122)此外被构造用于，作为在第一函数和第二函数之间的总和计算所分配的电池组电 池（21)的品质因子Gi，其中所述第一函数与所分配的电池组电池（21)的充电状态LZi尤 其线性相关，所述第二函数与在电流（I、-I)的电流值I和所分配的电池组电池（21)的内 阻（Ri)之间的乘积尤其线性相关，其中如果所分配的电池组电池（21)电耦合到所述电池 组（111)，则所述电流流过所述所分配的电池组电池（21)，并且对于所分配的电池组电池 (21)，分别根据所分配的电池组电池（21)的品质因子Gi确定所述相应的第一概率Pli和 所述相应的第二概率P2i。9. 根据权利要求8所述的电池组系统（100)，其中每个电池组电池监控模块（122)被构 造用于，为了计算所分配的电池组电池（21)的品质因子Gi测量所分配的电池组电池（21) 的充电状态LZi、第一电压（Ul i )和第二电压（U2i )，其中如果所分配的电池组电池（21)电 耦合到所述电池组（111)，则所述第一电压（Uli)施加在所述所分配的电池组电池（21)上， 如果所分配的电池组电池（21)与所述电池组（111)电去耦，则所述第二电压（U2i)施加 在所述所分配的电池组电池（21)上，并且确定相应的第一电压（Uli)和相应的第二电压 (U2i)之间的差的绝对值，所述绝对值与在电流（I、-I)的电流值I和所分配的电池组电池 (21)的内阻（Ri)之间的乘积相同，其中如果所分配的电池组电池（21)耦合到所述电池组 (111)，则所述电流（I、-I)流过所述所分配的电池组电池（21)。10. 根据权利要求8或9之一所述的电池组系统（100)，其中每个电池组电池监控模块 (122)此外被构造用于，使用利用第一因子Hi缩放的第一控制参量Pl作为所述相应的第 一概率ΡΠ，并且使用利用第二因子f2i缩放的第二控制参量P2作为所述相应的第二概率 P2i，其中所述第一控制参量Pl和所述第二控制参量P2分别与相应的电池组电池（21)的 品质因子（Gi)无关，并且所述第一因子fli和所述第二因子f2i分别根据所分配的电池组 电池（21)的品质因子Gi被预定义。11. 根据权利要求8至10之一所述电池组系统（100)，具有中央控制单元（30)，所述中 央控制单元（30)被构造用于，为了产生电池组（100)的期望的输出电压Us，对于所有电池 组电池（21)预先给定单个第一控制参量Pl和单个第二控制参量P2,并且将所述第一控制 参量Pl和所述第二控制参量P2传送给所有的电池组电池监控模块（122)，并且优选地测量 电池组（111)的实际的输出电压（U)，并且与电池组（111)的期望的输出电压Us比较，并且 在存在所述实际的输出电压（U)和所述期望的输出电压Us之间的差时，将所述第一控制参 量Pl和所述第二控制参量P2改变为，使得使所述实际的输出电压（U)和所述期望的输出 电压Us之间的差的绝对值最小化。
【专利摘要】本发明涉及用于切换构造为电化学能量存储器的电池组的多个电池组电池的方法，其中电池组电池分别以相应的第一概率P1i被电耦合到电池组，且分别以相应的第二概率P2i与电池组电去耦，并且其中电池组电池能彼此串联。在该方法中，对于每个电池组电池，作为在与相应的电池组电池的充电状态LZi尤其线性相关的函数和第二函数之间的总和计算品质因子Gi，其中第二函数与在电流的电流值和相应的电池组电池的内阻之间的乘积尤其线性相关，其中如果相应的电池组电池电耦合到电池组，则所述电流流过相应的电池组电池。对于每个电池组电池，相应的第一概率P1i和相应的第二概率P2i还分别根据相应的电池组电池的所计算的品质因子Gi被确定。
【IPC分类】H01M10/44, H02J7/00
【公开号】CN105490325
【申请号】CN201510635071
【发明人】P.哈特曼, P.希伦布兰德
【申请人】罗伯特·博世有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月30日
【公告号】DE102014220062A1, US20160099488
最新回复(0)