用于運(yùn)行電池的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行具有多個(gè)電池單池的電池的方法，其中在部分負(fù)載運(yùn)行中一部分電池單池位于充電運(yùn)行和/或放電運(yùn)行中。此外，本發(fā)明涉及具有控制裝置和多個(gè)電池單池的電池。
【背景技術(shù)】
[0002]例如在電驅(qū)動(dòng)的車輛中使用具有鋰基電池單池的電池。所述鋰基電池單池可以諸如是鋰聚合物電池單池。其在完全充電的情況下具有大約4.20V的單池電壓?？梢砸愿蟮碾娏鞒休d能力來制造這樣的單池。為了實(shí)現(xiàn)在汽車領(lǐng)域中所要求的高于10kW的功率并且提升電池的電壓，串聯(lián)連接諸如一百個(gè)或者更多這樣的電池單池。在此使用的直流電壓于是處于諸如400V。在調(diào)用尖峰功率的情況下，典型地有三位數(shù)的安培范圍中的電流流動(dòng)。典型地，電驅(qū)動(dòng)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)需要三相電流。已知的是，從電池的直流電流中通過逆變器來生成所述三相電流。另一種途徑利用具有分級(jí)可調(diào)的輸出電壓的電池系統(tǒng)而可行。所述電池系統(tǒng)使用這樣的電池模塊，其分別包含至少一個(gè)電池單池和作為到電池的耦合元件的半導(dǎo)體整流電路。這樣的電池模塊在支路中被組合為多相的變流器電池，所述變流器電池同時(shí)包含電池單池。通過適當(dāng)?shù)夭倏匕雽?dǎo)體整流電路而無需用于運(yùn)行三相電流發(fā)動(dòng)機(jī)的附加逆變器就可以使用所述變流器電池。所述變流器電池被稱作電池直接逆變器(BatteryDirect Inverter，BDI)。在該結(jié)構(gòu)形式中，也出現(xiàn)大的電流和電壓，但是在放電運(yùn)行或充電運(yùn)行中的模塊的所有電池單池并不總是這樣。存在這樣的變流器電池的變型，其中電池模塊感應(yīng)式地耦合連接到其相應(yīng)的支路中。這導(dǎo)致電池模塊彼此間的電隔離。既在電池的充電情況下又在其放電情況下，由于電池的內(nèi)部電阻而產(chǎn)生損耗熱。可能需要從電池中排出損耗熱，因此單池的溫度不被允許超過一定的極限值。特別地，鋰基電池類型對此是敏感的。在大電流的情況下，出現(xiàn)最大的熱負(fù)荷。如果電池被裝入到車輛中，則在行駛運(yùn)行中也出現(xiàn)大電流，但是通常不是連續(xù)的、而是僅僅在尖峰負(fù)荷時(shí)(諸如在交通燈處起動(dòng)(Ampelstart)那樣)短時(shí)地出現(xiàn)。在山中行駛的情況下，也可能較長地出現(xiàn)這樣的狀態(tài)。電流負(fù)荷也依賴于車輛類型和駕駛員的行駛風(fēng)格。相比于小型的用于運(yùn)輸至工作地點(diǎn)的日常車輛而言，帶有運(yùn)動(dòng)型駕駛員的運(yùn)動(dòng)型車輛通常被更多地要求。在具有多個(gè)電池單池的傳統(tǒng)電池的情況下，總的系統(tǒng)電流流過所有的單池。因此，所有的電池單池總是以相同程度被加負(fù)荷。相應(yīng)地，每個(gè)電池單池也基本上產(chǎn)生相同的損耗熱。因此，電池的熱管理可以對于所有的電池單池而言以相同的方式執(zhí)行。對于上面描述的具有多個(gè)在支路中可連接在一起的電池模塊的變流器電池而言，這樣的用于所有電池單池的相同類型的熱管理卻不是最優(yōu)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]提出一種用于運(yùn)行具有多個(gè)電池單池的電池的方法，其中根據(jù)事先對于電池和電池單池發(fā)生了什么，并且在此尤其是根據(jù)所涉及的電池單池經(jīng)受了什么溫度或什么樣的溫度變化或什么樣的電荷吸收或電荷輸出，電池的所有電池單池的部分被充電和/或放電。
[0004]典型的運(yùn)行狀態(tài)是部分負(fù)載運(yùn)行，其中電池的電池單池的一部分被轉(zhuǎn)移到靜止?fàn)顟B(tài)中，在所述靜止?fàn)顟B(tài)中所述電池單池不吸收或輸出電流。于是，電池并沒有提供其用于放電的全部效率，或者在充電的情況下并沒有吸收最大可能的電荷量。于是，電池的所有電池單池的僅僅一部分與外部接線端子耦合。在外部接線端子處，電池可以被放電和/或充電。這可以在時(shí)間上相繼進(jìn)行，這也適用于單個(gè)的電池單池。如果電池被裝入至車輛中，則可以進(jìn)行放電以用于行駛和加速，同時(shí)可以通過回收剎車能量來引起充電。也可以借助外部的充電設(shè)備來進(jìn)行單池的充電。
[0005]按照本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)是，可以使用電池單池用于充電或放電，所述電池單池為此在熱上處于特別合適的狀態(tài)。例如，由于較長時(shí)間的電流輸出或電流吸收而面臨過熱的電池單池可以由另一處于在熱上非臨界狀態(tài)的電池單池來代替。此外可以考慮的是，有針對性地加熱電池單池，其方式是，持續(xù)地通過電流取出或電流吸收來對其加熱負(fù)荷。例如在電池或其中可以裝入這樣電池的車輛冷起動(dòng)的情況下，這可以是有助的。
[0006]從屬權(quán)利要求示出本發(fā)明的優(yōu)選擴(kuò)展方案。
[0007]在所述方法的實(shí)施方式中，測量至少一個(gè)、多個(gè)或所有電池單池的溫度。為了運(yùn)行電池單池，存在閾值溫度，在超過閾值溫度的情況下電池單池有危險(xiǎn)或者單池的運(yùn)行變得安全臨界。在此，通常涉及上閾值溫度和下閾值溫度，允許的運(yùn)行溫度位于其之間。如果電池單池離開允許范圍達(dá)到閾值溫度，則該單池可以出于安全考慮而與外部接線端子隔離，從而其不再被放電或充電。為了保證無干擾地進(jìn)一步運(yùn)行電池，根據(jù)該實(shí)施方式，另一單池與外部接線端子連接，所述另一單池在熱臨界的單池達(dá)到閾值溫度的時(shí)刻不與外部接線端子隔離。下閾值溫度可以尤其是諸如0°c。
[0008]在所述方法的另一實(shí)施方式中，電池單池與外部接線端子連接，所述電池單池的溫度位于閾值溫度之間并且因此關(guān)于溫度處于允許的運(yùn)行狀態(tài)中。尤其是，該電池單池的溫度并不非常接近閾值溫度之一，而是優(yōu)選地該電池單池尤其在電池密集運(yùn)行的情況下明顯比已經(jīng)超過上閾值溫度的單池冷，或者當(dāng)要從運(yùn)行中取出的單池被過冷卻時(shí)，該電池單池比其暖。
[0009]在所述方法的另一實(shí)施方式中，電池單池的一部分比電池單池的另一部分被更強(qiáng)地冷卻。在此，可以靜態(tài)地(諸如通過經(jīng)由固體至熱沉的良好熱傳導(dǎo))或者動(dòng)態(tài)地(例如通過主動(dòng)通風(fēng)或冷卻劑循環(huán))來從電池單池中排出熱量。通過對單池的不同部分的不同冷卻，在電池的運(yùn)行方式中得出更多的結(jié)構(gòu)回旋余地。尤其是，相比于較少地強(qiáng)冷卻的、例如可以用作備用的電池單池而言，被更好冷卻的電池單池更為可用。在寒冷環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，例如在冬天，可以關(guān)掉主動(dòng)冷卻。這也適用于所有其它的實(shí)施方式。
[0010]經(jīng)常地，在運(yùn)行開始時(shí)，并不要求電池的全部負(fù)載，尤其在放電情況下不做這種要求。在所述方法的另一實(shí)施方式中，因此在例如可以被裝入至電動(dòng)車輛中的電池開始運(yùn)行時(shí)，在部分負(fù)載運(yùn)行中，所有電池單池的僅僅特定部分被放電和/或充電，或者至少優(yōu)選被放電和/或充電。這例如可以在著手行駛運(yùn)行或者在冷電池情況下開始充電過程時(shí)是有意義的，以便盡可能順利地加熱待充電的單池并且快速地達(dá)到電池的有利運(yùn)行狀態(tài)，例如完全的功率輸出或最大的電流吸收。因此，利用電池單池的一部分可以在有利的運(yùn)行狀態(tài)下工作，同時(shí)逐漸地其它電池單池可以被帶入到該狀態(tài)中。這實(shí)現(xiàn)了電池的順利的開動(dòng)以充電或放電。有利地，還可以放棄加熱元件，所述加熱元件用于從一開始就運(yùn)行的電池單池。其它的電池單池通常利用加熱元件被加熱。與之相對地，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)電池整體地被加熱。
[0011]在所述方法的另一實(shí)施方式中，電池單池的一部分與電池單池的另一部分以不同的溫度運(yùn)行。以這種方式可以冷卻電池單池，同時(shí)加熱其它電池單池，這總體上可以減少用于冷卻電池的能量開銷，因?yàn)榧訜岬碾姵氐臏囟瓤梢员染鶆蚶鋮s的電池單池的溫度高，這導(dǎo)致更快的熱量排出。這例如可以這樣實(shí)現(xiàn)，即為電池單池的一部分設(shè)置被動(dòng)冷卻。
[0012]在本發(fā)明的另一方面中提出一種電池，其具有多個(gè)電池單池、控制裝置和用于每個(gè)電池單池的、將電池單池與電池的接線端子相連接的耦合裝置，其中所述控制裝置和耦合裝置被設(shè)立為實(shí)施前面所描述的方法之一。
[0013]在所述電池的實(shí)施方式中，電池的電池單池中的多個(gè)可以串聯(lián)地組合。以這種方式得出支路，在所述支路的端部之間可以根據(jù)在所述支路中連接多少個(gè)電池單池來施加不同的電壓。優(yōu)選地，電池具有多個(gè)這樣的支路。所述電池可以通過這些支路和與電池單池的相應(yīng)的耦合和解耦來產(chǎn)生可變的電壓變化曲線并且作為變流器來起作用。
[0014]在所述電池的另一實(shí)施方式中，電池單池的一部分比電池單池的另一部分更好地耦合于熱沉以從一個(gè)或多個(gè)電池單池中排出熱量。這實(shí)現(xiàn)了，與較差熱耦合的電池單池相比較，在熱方面更好耦合的電池單池在放電和充電情況下可以更強(qiáng)地被加負(fù)荷。最后提到的電池單池的部分因此可以例如滿足備用功能或者可以用于很少發(fā)生的或類似的任務(wù)?？傮w來說，擴(kuò)展了使用或控制這樣的電池的可能性。
【附圖說明】
[0015]下面參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中:
[0016]圖1示出電池的第一實(shí)施方式的示意圖，
[0017]圖2示出第二實(shí)施方式的示意圖，和
[0018]圖3示出按照本發(fā)明的用于運(yùn)行電池的方法流程的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1示意性地示出在第一實(shí)施方式中作為變流器實(shí)施的電池I的構(gòu)造。電池I包含三個(gè)支路10、20和30，它們分別包含多個(gè)串聯(lián)連接的電池單池1-1、1-2、...、l-n、2-l、
2-2、...、2-n 或 3-1、3-2、...、3_n。支路 10、20、30 的端部分別與另一支路 10、20、30 的端部一起連接在連接點(diǎn)40上。該連接點(diǎn)優(yōu)選與地電位50串禹合。利用電池I可以運(yùn)行電動(dòng)機(jī)M。電動(dòng)機(jī)M經(jīng)由主開關(guān)S可以與電池I相連接或相隔離。主開關(guān)S對于每個(gè)支路10、20、30包含一個(gè)開關(guān)，支路10、20、30利用所述開關(guān)可以與電動(dòng)機(jī)M相隔離。電池單池1_1、1-2、...、l-n、2-l、2-2、...、2-n 或 3-1、3-2、...、3-n(下文中和在權(quán)利要求中 1_1、...、
3-n)分別可以與其所屬的支路10、20、30電隔離或與其電連接。為此，電池單池1_1、...、3-n中的每一個(gè)具有耦合裝置，利用所述耦合裝置可以向支路10、20、30的總電壓添加電池單池1-1、...、3-n的電壓或者可以從支路中斷開電池單池1-1、...、3-n，其方式是，可用于將電池單池1-1.....3-n與支路10、20、30相連接的接線端子被短路，以便不使所述支路中斷。同時(shí)，電池單池1-1、...、3-n自身與支路10、20、30電隔離并且因此也與該短路電隔離。因此，在支路10、20、30的每一個(gè)上可以調(diào)節(jié)電壓，所述電壓根據(jù)在支路10、20、30中接通的電池單池1-1、...、3-n的數(shù)目來得出。因此，可以例如直接從電池I中以任意的頻率生成三相交流電流并且提供給電動(dòng)機(jī)M。通過適當(dāng)?shù)夭倏伛詈涎b置，可以根據(jù)本發(fā)明引起根據(jù)電池單池1-1、...、3-n的熱前史(Vorgeschic