用于蓄電池系統(tǒng)的替代電池單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于蓄電池系統(tǒng)的替代電池單元，其具有電路，所述電路構(gòu)成為，識別蓄電池系統(tǒng)的均衡方法的均衡參數(shù)以及通過使用該均衡參數(shù)來實施所述替代電池單元的充電狀態(tài)的自治的均衡，所述均衡方法用于在蓄電池系統(tǒng)的蓄電池單元之間的電荷均衡。
【背景技術(shù)】
[0002]用于電動車和/或混合動力車輛的蓄電池組或蓄電池系統(tǒng)由大量蓄電池單元組成。超過蓄電池組的壽命，這些蓄電池單元不同幅度地老化，從而最后老化最快的蓄電池單元確定蓄電池組的壽命。同樣能夠出現(xiàn)以下情況，即蓄電池組的一個或多個蓄電池單元故障。蓄電池單元的15年的售后義務(wù)對于蓄電池單元的當(dāng)今制造商是一個問題，因為蓄電池單元基于其經(jīng)受的按照日歷的老化不能夠在非常長的時間間隔上儲存。蓄電池單元的再生產(chǎn)是困難的，因為15年之后基于技術(shù)進步不僅該蓄電池單元制造的原先原材料而且相應(yīng)的制造裝置本身都不可用。
[0003]如果例如在蓄電池組的首次調(diào)試10年之后導(dǎo)致在該蓄電池組中安裝的蓄電池單元之一的失靈，那么能夠基于:對于該蓄電池組的原先蓄電池單元不再可用:那么必須安裝具有其他特征的更新一代的蓄電池組，這自然導(dǎo)致問題。例如可料想到的是，更新一代的蓄電池單元相比于有待代替的蓄電池單元在其能量以及其功率密度方面具有更高的性能數(shù)據(jù)。基于該更高的能量或功率密度該更新的蓄電池單元大多也具有更小的結(jié)構(gòu)型式。如果現(xiàn)在嘗試將更新一代的這樣的蓄電池單元安裝到更舊的蓄電池組中，那么典型地相比于更舊的蓄電池單元還例如產(chǎn)生以下區(qū)別:
[0004]更新的和更小的蓄電池單元由于其連接端(也就是其蓄電池端子)不再匹配蓄電池組。因為蓄電池單元在其壽命的開始并且電容相比于名義電容還沒有由于老化下降，所以蓄電池單元也在相同的名義電容的情況下還具有更高的電容。此外所述蓄電池單元具有更小的內(nèi)阻以及更小的自放電。
[0005]此外由這些區(qū)別引起新式蓄電池單元的電氣性能，所述電氣性能在將同樣的蓄電池單元應(yīng)用到更舊一代的蓄電池組的嘗試中引起問題。例如更新的蓄電池單元基于其更小的自放電以及更高的電容在運行中更弱地放電。在充電中那么更新的蓄電池單元作為蓄電池組的蓄電池單元中的第一個達到最大電壓并且由此結(jié)束充電過程，從而更舊的更弱的蓄電池單元不再完全充電。為了阻止這一點，蓄電池管理系統(tǒng)或者其中安裝有新式蓄電池單元的蓄電池系統(tǒng)的均衡單元將該蓄電池單元以其均衡策略有意識地放電。基于更高的電容，更新的蓄電池單元那么自然要求更大部分的可用的均衡時間。這又導(dǎo)致:對于蓄電池組的更舊的蓄電池單元更少的均衡時間可用，并且蓄電池管理系統(tǒng)或蓄電池系統(tǒng)的均衡單元的均衡性能總體上不再足夠，從而蓄電池組的總電容在短時間內(nèi)已經(jīng)如此程度地下降，使得蓄電池組即便具有一個或多個代替電池單元也不再滿足15年的壽命邊界。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]按照本發(fā)明提供一種用于蓄電池系統(tǒng)的替代電池單元，該蓄電池系統(tǒng)包括殼體，該殼體具有安置在所述殼體上的并且與替代電池單元電連接的兩個蓄電池端子。
[0007]此外替代電池單元具有電路，所述電路構(gòu)成為，識別所述蓄電池系統(tǒng)的均衡方法的均衡參數(shù)以及使用該均衡參數(shù)實施所述替代電池單元的充電狀態(tài)的自治的均衡，所述均衡方法用于在蓄電池系統(tǒng)的蓄電池單元之間的電荷均衡。
[0008]如此設(shè)計的替代電池單元的優(yōu)點在于，該替代電池單元能夠安裝并且在蓄電池系統(tǒng)或蓄電池組內(nèi)使用(所述蓄電池系統(tǒng)或蓄電池組原先設(shè)計用于更舊一代的蓄電池單元)而在此不會損害相應(yīng)的蓄電池系統(tǒng)或蓄電池組的均衡方法的高效能或效率或者不會降低蓄電池組的壽命。在此按照本發(fā)明的替代電池單元一一例如具有相比于已經(jīng)安裝的蓄電池單元更小的結(jié)構(gòu)類型一一在一個殼體中實現(xiàn)，該殼體的尺寸、機械接口以及蓄電池端子實現(xiàn)了在一個更舊一代的蓄電池單元的蓄電池系統(tǒng)中的替代電池單元的安裝和電氣連接。此夕卜，按照本發(fā)明的替代電池單元能夠適應(yīng)更舊一代的蓄電池單元的蓄電池系統(tǒng)的均衡方法的均衡參數(shù)并且使用上述均衡方法的特征均衡參數(shù)來實施其自身的自治的均衡。由此可能的是，提供一種替代電池單元，所述替代電池單元能夠安裝在蓄電池系統(tǒng)或蓄電池組中，而不會對于蓄電池組的更舊的蓄電池單元更少的均衡時間可用，并且蓄電池管理系統(tǒng)或蓄電池系統(tǒng)的均衡性能總體上對于有效的蓄電池單元均衡是足夠的。在按照本發(fā)明的替代電池單元的安裝中因此同樣沒有導(dǎo)致蓄電池組的總電容的降低，由此能夠?qū)崿F(xiàn)對于整個蓄電池組的15年的壽命邊界。
[0009]優(yōu)選地，均衡參數(shù)包括均衡電流和/或均衡持續(xù)時間和/或均衡間隔。這些參數(shù)是最重要的均衡參數(shù)，通過這些參數(shù)均衡方法的準(zhǔn)確描述是可能的。在蓄電池系統(tǒng)的大多被動的均衡方法的范圍中，以穩(wěn)定的電流、在固定的時間上、以確定的間隔將蓄電池系統(tǒng)的更大幅度充電的蓄電池單元的電荷在負載電阻上轉(zhuǎn)化為熱。在此，例如在均衡過程期間流過的電流的平均水平能夠稱為均衡電流，能夠?qū)⒃诰膺^程期間均衡電流流過的平均持續(xù)時間稱為均衡持續(xù)時間。均衡間隔描述了在兩個均衡過程之間的平均時間間隔。所有三個所述參數(shù)對于蓄電池系統(tǒng)的相應(yīng)的均衡方法是表征性的。
[0010]在一個優(yōu)選實施形式中，所述電路具有控制單元和/或用于所述替代電池單元的自治的均衡的局部的均衡開關(guān)電路。優(yōu)選地，該控制單元構(gòu)成為控制局部的均衡開關(guān)電路。通過在替代電池單元內(nèi)的這種局部的均衡開關(guān)電路，除了通過蓄電池管理系統(tǒng)或蓄電池系統(tǒng)一一在該蓄電池系統(tǒng)中安裝按照本發(fā)明的替代電池單元一一的均衡單元均衡的可能之外還存在另外的可能，即獨立于蓄電池系統(tǒng)或蓄電池系統(tǒng)的蓄電池管理系統(tǒng)來均衡或者放電所述蓄電池單元。
[0011]優(yōu)選地，所述局部的均衡開關(guān)電路具有至少一個開關(guān)裝置和與該開關(guān)裝置串聯(lián)連接的負載電阻，其中所述兩個蓄電池端子在所述替代電池單元的殼體上經(jīng)由所述局部的均衡開關(guān)電路的至少一個開關(guān)裝置相互是可電連接的。特別優(yōu)選地，將開關(guān)裝置構(gòu)成為晶體管或其他半導(dǎo)體開關(guān)。由此能夠?qū)⑻娲姵貑卧缭诖嬖谶^度充電的情況下以正確的方式放電。
[0012]在一個優(yōu)選實施形式中，所述控制單元包括微控制器，所述微控制器構(gòu)成為，通過直方圖函數(shù)識別所述蓄電池系統(tǒng)的均衡方法的均衡參數(shù)，所述均衡方法用于在所述蓄電池系統(tǒng)的蓄電池單元之間的電荷均衡。此外，所述微控制器特別優(yōu)選地包括實時時鐘。因為在蓄電池系統(tǒng)內(nèi)蓄電池單元的充電狀態(tài)的均衡大多以穩(wěn)定的均衡電流在固定的預(yù)定的均衡持續(xù)時間上以及在統(tǒng)計上獲取的均衡間隔上實現(xiàn)，所以能夠特別好地通過直方圖函數(shù)確定所述均衡參數(shù)。相比于在蓄電池系統(tǒng)的正常運行中流過的負載電流(負載電流在直方圖中隨機分布地出現(xiàn))均衡電流在直方圖中為一個窄的峰值。如果微控制器實現(xiàn)為具有實時時鐘，那么同一個微控制器能夠用作用于獲取均衡持續(xù)時間和均衡間隔的時間計數(shù)器。微控制器可非常好地在功率和配備上匹配于相應(yīng)的應(yīng)用。此外所述微控制器相比于其他運算系統(tǒng)是非常成本有利的。
[0013]優(yōu)選地，所述電路還具有局部的電壓獲取部分和/或局部的電流獲取部分。通過替代電池單元的這樣的設(shè)計方案很容易實現(xiàn)的是，測量流過替代電池單元的均衡電流或替代電池單元的電壓例如其空載電壓。
[0014]在該實施形式的優(yōu)選改進中，所述局部的電壓獲取部分和/或局部的電流獲取部分與所述微控制器的模擬端口連接。微控制器能夠如此在時間上獲取電氣性能亦即替代電池單元的電壓和電流并且如果必要對其進行分析處理。由此能夠受影響地或者優(yōu)化地實現(xiàn)替代電池單元的電氣性能，因為能夠根據(jù)歷史或當(dāng)前測量的電流和/或電壓值實現(xiàn)電氣性會K。
[0015]在一個優(yōu)選實施形式中，所述微控制器構(gòu)成為，通過使用所述識別的均衡參數(shù)來實施所述替代電池單元的充電狀態(tài)的自治的均衡。
[0016]特別優(yōu)選地，微控制器與局部的均衡開關(guān)電路的至少一個開關(guān)裝置連接，其中該均衡通過打開或閉合開關(guān)裝置實現(xiàn)。通過這種方式能夠可靠并且優(yōu)化地實現(xiàn)替代電池單元的均衡，因為微控制器一方面能夠根據(jù)已經(jīng)流過的電流或者電池單元電壓的歷史發(fā)展來實施，而另一方面能夠通過使用識別的均衡參數(shù)來實施。
[0017]在一個優(yōu)選實施形式中，所述微控制器構(gòu)成為，根據(jù)所述均衡電流在所述均衡持續(xù)時間上的積分來確定所述均衡電荷。均衡電荷能夠考慮作為用于替代電池單元的自治的均衡的優(yōu)化的另一參數(shù)。
[0018]優(yōu)選地，所述微控制器設(shè)計為，通過使用所述識別的均衡參數(shù)如此實施所述替代電池單元的自治的均衡，以使得實際均衡電荷以一個值為X%的因子位于由所述微控制器確定的均衡電荷之下或之上。
[0019]特別優(yōu)選地，X等于值10%。均衡電荷那么通過計算如上所述的在蓄電池系統(tǒng)內(nèi)的均衡過程期間根據(jù)均衡電流在均衡持續(xù)時間上的積分產(chǎn)生。實際均衡電荷是這樣的電荷，其實際上在均衡過程期間從替代電池單元流走。換言之，如此選擇所述三個均衡參數(shù)，以使得從替代電池單元流走或由替代電池單元吸收的實際的均衡電荷位于所確定的蓄電池系統(tǒng)的蓄電池單元的均衡電荷之下x%。通過這種方式能夠確保:替代電池單元還部分地由蓄電池系統(tǒng)或者蓄電池管理系統(tǒng)或蓄電池管理系統(tǒng)的均衡單元均衡化，然而與更老的蓄電池單元一樣待均衡的電荷位于相似的數(shù)量級上。
[0020]此外能夠通過這種方式獲取:由電路識別或由微控制器確定的蓄電池系統(tǒng)的均衡參數(shù)是否與用于替代電池單元的自治的均衡的實際均衡參數(shù)一致。如果微控制器在自治的均衡期間例如通過直方圖函數(shù)獲取均衡持續(xù)時間以及均衡電流并且將它們用于替代電池單元的自治的均衡，那么能夠在與均衡電荷減小X%的值成比例的降低實際均衡間隔的上述實施形式中識別到:微控制器或替代電池單元的自治的均衡正確地運行。
[0021]此外還提供一種具有按照本發(fā)明的替代電池單元的蓄電池，其中所述蓄電池特別優(yōu)選地構(gòu)成為鋰離子蓄電池。在鋰離子蓄電池有利的是其比較高的能量密度。
[0022]此外還提供一種機動車，其具有蓄電池，所述蓄電池具有按照本發(fā)明的替代電池單元，其中所述蓄電池與機動車的驅(qū)動系統(tǒng)連接。
[0023]在上述實施