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CN103636030B - 用于识别安全装置的触发的方法 - Google Patents

用于识别安全装置的触发的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于识别安全装置(21)的触发的方法，其中，该所述安全装置(21)与蓄电池单元(22)相关联，并且当在蓄电池单元(22)内存在危及安全的情况时是可触发的。首先，获取检测蓄电池单元(23)的一个特征量的实际的随时间的变化。同时，尤其是使用模型(24)确定该特征量的期望的随时间的变化。然后，将所述特征量(25)的实际的与期望的随时间的变化作比较。最后根据该比较判断所述安全装置(21)是否已被触发。

Description

用于识别安全装置的触发的方法
技术领域
本发明涉及一种用于识别安全装置的触发的方法，该安全装置与蓄电池单元相关联，以及涉及一种蓄电池管理单元，在该蓄电池管理单元中能够实施依据本发明的方法。
背景技术
蓄电池系统包括可重复充电的电储能器，其在便携式的消费类设备和其他的应用中被广泛使用，例如在部分地或者完全地用电驱动的车辆中。在汽车应用中，蓄电池系统和尤其是锂离子蓄电池系统对于车辆的驱动系统的电气化来说被视为关键技术。该蓄电池系统尤其是锂离子蓄电池系统能够根据使用规范来模块化地进行构造，并且通常包括许多电气串联的或者并联的蓄电池单元。
其中，对于成功地建立这种技术重要的方面是蓄电池系统特别是锂离子蓄电池系统的运行安全，它们经常用大的电容驱动。在这种情况下，需要在最优的温度范围内驱动蓄电池系统。因为蓄电池温度对于蓄电池系统的功率的提供、老化、寿命和运行安全具有较大的影响。为保证这点，蓄电池系统通常具有完善的热管理设计。在蓄电池系统的运行期间可能出现蓄电池内的温度如此升高，以致于它不再能够通过外部的冷却系统来冷却。这种温度变化的主要原因是蓄电池的内部短路，例如由蓄电池的物理形变或者由制造蓄电池时的污染(例如分离器通过粒子损坏)所引起。内部短路能够在蓄电池内进行另外的电化学的不可逆的过程，在该过程中释放热(放热反应)。最后，它能够导致一种所谓的热失控，即一种自加速的过热，其能够导致过压安全阀的破裂而排放有毒的气体，甚或导致蓄电池单元的破裂。蓄电池内部温度升高的另一种可能的原因是蓄电池的过载。
通常，蓄电池系统具有安全装置，其用于避免蓄电池系统的热失控。它的目的是，提早识别不可逆的过热的危险并且在出现这种情况时快速地把蓄电池与其余的供电网络分开。在具有通常大于3安培小时的较大容量的蓄电池单元内，通常集成有安全装置，其在因蓄电池内的温度升高而产生升高的内部压力时，禁止电流通过蓄电池单元，即所谓的CID(Current Interruptive Devices：电流中断设备)。它在由于过大的充电或者放电电流引起的过载和由于引起热失控的外部的短路引起的过载的情况下进行保护，而不是由于其他的原因，特别在通过机械的变形、粒子或者树枝状结晶体引起的内部短路的情况下。这种安全装置的另一个严重的缺点是，在其被触发的情况下，用于监控单个蓄电池单元或者用于确定充电状态所使用的电子设备受到损坏并且能够导致整个系统进入不确定的状态。在电流中断设备被触发的情况下，电子设备损坏的原因在于以高的负电压施加在附属的电压检测器或者电压监控器，该负电压在车辆内使用的蓄电池中绝对能够多达几百伏。只能够用极大的花费保护使用的电子设备部件不承受这种负荷。因此从经济的角度出发一般不使用这种措施。
相反地，在锂离子蓄电池单元中集成了新型的安全装置，它在被触发时内部短路该蓄电池单元，这样克服了上述缺点。同时必须提供对蓄电池状态的识别，其识别该新型的安全装置的触发，以便能够把蓄电池系统转变为安全的状态。
发明内容
根据本发明提供了一种用于识别安全装置的触发的方法。这里，安全装置与蓄电池单元相关联并且在所述蓄电池单元内存在危及安全的情况时是可触发的。首先，获取所述蓄电池单元的特征量的实际的随时间的曲线。同时，尤其是使用模型来确定所述特征量的期望的随时间的曲线。然后，将所述特征量的实际的与期望的随时间的曲线作比较。最后，根据该比较判断所述安全装置是否已被触发。
以这种方式提供蓄电池状态识别，其识别通常集成在蓄电池单元内的安全装置的触发，并且因此能够使得蓄电池管理系统能够把包括所述蓄电池单元的蓄电池系统转变为安全的状态。与在安全设备触发后所述蓄电池单元中不再允许电流流动的现有技术相比，本方法也能够在新型的安全装置上使用，它们需要另外的安全装置的触发的识别。
因此，本方法可以在那样的安全装置上使用，它们在危及安全的情形下，尤其是在蓄电池单元的内部压力升高或者机械变形的情况下，短路与之关联的蓄电池单元。同样，本方法能够在那样的安全装置上使用，它们在危及安全的情况下，尤其是在蓄电池单元的内部压力升高的情况下，跨接与之相关联的蓄电池单元。依据本发明所述的方法具有这样的优点：它通常基于对信号的评估，这些信号原本就存在于监控蓄电池的蓄电池管理单元或者以很小的花费就能够检测或者确定它们。
在本发明的一个优选的实施例中如此设置，即将特征量的实际的随时间的改变与特征量的期望的改变作比较。特别优选地，这里涉及蓄电池单元的电压的随时间的改变。在此，当蓄电池单元的电压的实际的随时间的改变显著地偏离电压的期望的随时间的改变时，能够判断所述安全装置是否已被触发。此外优选地，使用蓄电池模型确定蓄电池单元的电压的期望的随时间的改变，其中，考虑流经蓄电池单元的蓄电池电流和/或蓄电池单元的温度。通常蓄电池模型被设置为观察系统，其中，向蓄电池模型供给电压的实际的随时间的曲线。
本发明的另外的方面涉及一种蓄电池管理单元，其内能够实施依据本发明所述的方法，以及涉及包括依据本发明所述的蓄电池管理单元的蓄电池。优选地，所述蓄电池涉及锂离子蓄电池。本发明的框架内重要的设备：蓄电池单元、蓄电池管理单元以及蓄电池，确切说能够涉及蓄电池单元、蓄电池管理单元以及蓄电池。
本发明的另一方面涉及包括依据本发明所述的蓄电池的机动车。
附图说明
图1示出了根据本发明的方法的第一实施例的蓄电池状态识别的方框图；
图2示出了根据本发明的方法的第二实施例的蓄电池状态识别的方框图；以及
图3示出了根据本发明的方法的第三实施例的蓄电池状态识别的方框图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的方法的第一实施例的蓄电池状态识别的方框图。安全装置21集成在蓄电池单元22内并且在危及安全的情况下，特别尤其是在蓄电池单元22的内部压力升高或者在机械变形的情况下，短路使得蓄电池单元22短路。在获取检测单元23内将持续地测量蓄电池单元22的电压u并且由此从中确定电压的实际的随时间的改变du/dt。同时，在模型单元24内确定电压的期望的随时间的改变duM/dt。这通过给模型单元24供给蓄电池电流i和蓄电池温度T来实现。由此，模型单元24计算蓄电池单元22的电压uM的期望的随时间的曲线以及它随时间的改变duM/dt。特别地，模型单元24被实施作为观察单元，给其持续地供给蓄电池单元22的实际的电压u。由此实现，通过使电压的期望的随时间的曲线适应来平衡实际的曲线，能够持续地更新所计算的蓄电池模型。
由获取单元23检测的电压的实际的随时间的改变du/dt以及由模型单元24计算的电压的期望的随时间的改变duM/dt供给给评估单元25。评估单元25持续地相互比较这两个值，并且当蓄电池单元22的电压的实际的随时间的改变du/dt显著地小于蓄电池单元22的电压的期望的随时间的改变duM/dt时，识别到安全装置的触发26，因为以这种方式能够得出蓄电池单元22内短路的结论。
图2示出了根据本发明的方法的第二实施例的蓄电池状态识别的方框图。与图1中示出的实施方式不同，在图2中示出的实施方式中如此设置，即为评估单元25另外供给蓄电池电流i的信号28。由此能够提高评估单元25中的评估的鲁棒性，因为蓄电池电流i提供了关于蓄电池单元22的状态的附加的信息。例如，在给蓄电池单元22充电时，必须期望蓄电池单元22的电压的随时间的变化duM/dt为正数。但是如果在蓄电池单元22上出现电压的负的随时间的改变du/dt时，则能够通过评估单元25得出短路并且因此得出安全装置21被触发的结论。
图3示出了根据本发明的方法的第三实施例的蓄电池状态识别的方框图。本发明在图3中表示的第三实施方式与本发明在图2中表示的第二实施方式的不同在于，为评估单元25另外持续地供给实际的电压u 29以及期望的电压uM 30。通过评估蓄电池单元22的关于实际的和期望的电压的信息(尤其是该些量的差)能够极大地改善对于安全装置21的触发的预判的鲁棒性。例如如果在蓄电池单元22内出现非常低欧姆的短路，则立即较强地断开蓄电池单元22的电压。由此，短暂地造成蓄电池电压的实际随时间的改变du/dt的负的高值。如果没有关于蓄电池单元22的电压的附加的信息，评估单元能够将其理解为干扰信号。但是从两个电压u和uM的差能够轻易地识别该短路，并且因此识别安全装置21的触发。
本发明在图1至图3中表示的实施方式通过少许修改也可以用于下面的情况：安全装置21在危及安全的情况下，尤其是在蓄电池单元22的内部压力升高的情况下，将蓄电池单元跨接。与短路的情况不同，在这种情况下，蓄电池单元22在安全装置21触发后不放电。因此，蓄电池单元22的实际的电压u不再改变或者仅微小地改变。因此，蓄电池单元22的电压的实际随时间的改变du/dt具有值0或者至少其数值是一个非常小的值。相反地，如果蓄电池单元22的电压的期望的随时间的改变duM/dt由于充电或者放电过程而具有可观的量，则能够再次得出安全装置21被触发的结论。

Claims (15)

1.一种用于识别安全装置(21)的触发的方法，其中，所述安全装置(21)与蓄电池单元(22)相关联并且当在所述蓄电池单元(22)内存在危及安全的情况时是可触发的，其特征在于，
所述方法包括下列方法步骤：
-获取所述蓄电池单元(22)的特征量的实际的随时间的曲线；
-在使用模型(24)的情况下确定所述特征量的期望的随时间的曲线；
-将所述特征量的实际的与期望的随时间的曲线作比较；以及
-基于所述比较判断所述安全装置(21)是否已被触发(26)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当识别到所述安全装置(21)被触发时，包括所述蓄电池单元(22)的蓄电池系统被转变为安全的状态。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在危及安全的情形下，所述安全装置(21)使得所述蓄电池单元(22)短路。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在危及安全的情形下，所述安全装置(21)跨接所述蓄电池单元(22)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述特征量的实际的随时间的改变与所述特征量的期望的改变作比较。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述蓄电池单元的电压的实际的随时间的改变与所述蓄电池单元的电压的期望的随时间的改变作比较。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，当所述蓄电池单元(22)的电压的实际的随时间的改变偏离电压的期望的随时间的改变时，判断安全装置(21)已被触发(26)。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，在使用蓄电池模型(24)的情况下确定所述蓄电池单元(22)的电压的期望的随时间的改变，在所述蓄电池模块中考虑流经所述蓄电池单元(22)的蓄电池电流(i)和/或所述蓄电池单元(22)的温度(T)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述蓄电池模型(24)被设置为观察系统，其中，向所述蓄电池模型(24)供给(27)电压(u)的实际的随时间的曲线。
10.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述蓄电池单元(22)的内部压力升高或者机械变形的情况下，所述安全装置(21)使得所述蓄电池单元(22)短路。
11.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述蓄电池单元(22)的内部压力升高的情况下，所述安全装置(21)跨接所述蓄电池单元(22)。
12.一种蓄电池管理单元，其特征在于，所述蓄电池管理单元被设置用于实施根据上述权利要求中任一项所述的方法。
13.一种蓄电池，其具有至少一个蓄电池单元(22)、至少一个安全装置(21)和根据权利要求12所述的蓄电池管理单元，所述至少一个安全装置(21)与所述蓄电池单元(22)相关联并且当在所述蓄电池单元(22)内存在危及安全的情况时是可触发的。
14.一种机动车，其包括根据权利要求13所述的蓄电池。
15.根据权利要求14所述的机动车，其中，所述机动车是电动机动车。
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