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CN110816311B - 用于运行电池组系统的方法和电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于运行电动车辆的电池组系统的方法，其中电池组系统具有至少两个能并联的电池组模块并且每个电池组模块具有至少一个电池组电池，并且其中各个电池组模块能彼此分开和独立地接通到耗电器上，该方法包括以下步骤：检测第一电池组模块的第一模块温度和第二电池组模块的第二模块温度；如果第一电池组模块的模块温度超过预给定的最小温度，并且如果第二电池组模块的模块温度低于预给定的最小温度，则将第一电池组模块接通到耗电器上；如果第二电池组模块的模块温度超过预给定的最小温度，则最早地将第二电池组模块接通到耗电器上。本发明还涉及电动车辆，其包括利用根据本发明的方法运行的电池组系统。

Description

用于运行电池组系统的方法和电动车辆
技术领域
本发明涉及一种用于运行电动车辆的电池组系统的方法，其中电池组系统具有至少两个可并联的电池组模块并且每个电池组模块具有至少一个电池组电池，并且其中各个电池组模块可以彼此分开并且独立地接通到耗电器上。此外，本发明涉及一种电动车辆，其包括电池组系统，该电池组系统利用根据本发明的方法来运行。
背景技术
呈现出：在将来日益增多地使用电驱动的机动车。在电驱动的机动车、如电动车辆和混合动力车辆中，但也在静态应用中使用可充电的电池组系统，主要为了给电驱动装置供应电能。特别是具有锂电池组电池的电池组系统适合于这样的应用。锂电池组电池的特征尤其在于高的能量密度、热稳定性和极小的自放电。多个这样的锂电池组电池相互电串联和并联并且连接成电池组模块。电动车辆的电池组系统包括多个这样构造的并且相互并联的电池组模块。
在低温时，包含锂电池组电池的电池组模块不能运行或至少不能最优地运行，因为锂电池组电池在低温时具有相对高的内阻。因此，在将电池组模块接通到耗电器上之前，电池组模块的模块温度应该超过预给定的最小温度。
如果电池组系统的电池组模块可单独取出并且可单独借助外部充电设备来充电，则可能发生的是，从电池组系统中取出并且在住宅中充电的各个电池组模块比在此期间保留在电池组系统中的其他电池组模块具有更高的模块温度。如果电池组系统是在低温下停放在外部区域中的电动车辆的部分，则可能出现特别强烈不同的模块温度。
此外，这样的电池组系统的电池组模块可以具有不同的充电状态。在制造具有不同充电状态的电池组模块的并联电路时，补偿电流在电池组模块之间流动。因此，在制造各个电池组模块的并联电路之前，必须使电池组模块的充电状态至少近似相等，以便最小化这样的补偿电流。
从文献US 2012/0293130 A1已知一种具有多个电池组电池的电池组系统，所述电池组电池串联成多个电池堆。在此，每个电池堆可借助开关接通到耗电器上，使得可以产生所述电池堆的并联电路。在此，由控制单元控制开关，其中控制单元测量或计算各个电池堆的状态参量。
在文献US 2015/0360579中公开了一种电动车辆以及为此设置的控制方法。电动车辆包括第一和第二电池组，它们可以并联以及串联。在此，各个电池组根据电池组的所测量的温度来并联。
发明内容
提出一种用于运行电动车辆的电池组系统的方法。在此，电池组系统具有至少两个可并联的电池组模块。每个电池组模块具有至少一个电池组电池、优选多个电池组电池。电池组电池例如是可重复充电的锂电池组电池，其相互电串联和并联。
各个电池组模块可以彼此分开并且独立地接通到耗电器上。接通特别是应理解为建立与耗电器的电连接，由此电能可以从所接通的电池组模块流至耗电器。接通也可以理解为建立各个电池组模块的电连接，由此所接通的电池组模块彼此并联。这样彼此并联的电池组模块然后可以与耗电器连接。
各个电池组模块也可以彼此分开并且独立地从电池组系统中取出并且可以借助外部充电设备分开地充电。即，特别是可以取出每个电池组模块并且进行充电，而其余电池组模块保留在电池组系统中并且在此不进行充电。因此，各个电池组模块在起动电动车辆时可以具有不同的模块温度以及不同的充电状态。
特别是当电动车辆和因此电池组系统在一个阶段的未使用之后进行运行，例如在电动车辆在之前的夜晚未被使用，在早上起动电动车辆时，实施根据本发明的方法。特别是当未使用的阶段期间各个电池组模块借助外部充电设备进行充电时，可以有利地应用根据本发明的方法。由此电池组系统的电池组模块可以具有不同的模块温度以及不同的充电状态。根据本发明的方法在此至少包括随后提到的步骤。
首先，检测电池组系统的第一电池组模块的第一模块温度和电池组系统的第二电池组模块的第二模块温度。然后，如果第一电池组模块的模块温度超过预给定的最小温度，并且如果第二电池组模块的模块温度低于预给定的最小温度，则将第一电池组模块接通到耗电器上。
然而，如果第二电池组模块的模块温度同样超过预给定的最小温度，则最早地将电池组系统的第二电池组模块接通到耗电器上。可以考虑，为了将第二电池组模块接通到耗电器上，还必须满足其他条件。随后描述这样的条件。
优选地，如果第二电池组模块的模块温度超过预给定的最小温度，则实施随后提到的步骤。
首先，检测流经耗电器的电池组电流。紧接着，将流经耗电器的电池组电流与预给定的电流阈值进行比较。
同样，首先检测第一电池组模块的第一充电状态和第二电池组模块的第二充电状态。紧接着，将第一电池组模块的第一充电状态与第二电池组模块的第二充电状态进行比较。
根据本发明的一种有利的设计方案，当流经耗电器的电池组电流低于预给定的电流阈值时，并且当第一电池组模块的第一充电状态与第二电池组模块的第二充电状态的差的绝对值低于预给定的阈值时，则最早地将第二电池组模块接通到耗电器上。
优选地，当可由第二电池组模块提供的模块电流至少是流经耗电器的电池组电流的一半时，才将第二电池组模块接通到耗电器上。对于电池组系统的平衡运行重要的是，并联的电池组模块的模块电流至少近似相等。因此，第一电池组模块和第二电池组模块在接通之后必须分别提供流经耗电器的电池组电流的一半。第一电池组模块在接通第二电池组模块之前提供全部流经耗电器的电池组电流并且因此在任何情况下能够提供流经耗电器的电池组电流的一半。
可由第二电池组模块提供的模块电流尤其取决于第二模块温度。只要第二模块温度低于预给定的最小温度，则第二电池组模块不能提供电流。如果第二模块温度超过预给定的运行温度，则第二电池组模块可以提供最大模块电流。运行温度在此大于最小温度。如果第二模块温度处于最小温度和运行温度之间，则第二电池组模块可以提供的模块电流上升，特别是线性地以斜坡的形式上升。
优选地，如果可由第二电池组模块提供的模块电流最高是流经耗电器的电池组电流的一半，则不将第二电池组模块接通到耗电器上。在该情况下，由第一电池组模块和第二电池组模块构成的并联电路不能提供耗电器所需的电池组电流。
根据本发明的一种有利的设计方案，如果流经耗电器的电池组电流超过预给定的电流阈值，则不将第二电池组模块接通到耗电器上。
根据本发明的另一种有利的设计方案，如果第一电池组模块的第一充电状态与第二电池组模块的第二充电状态的差的绝对值超过预给定的阈值，并且如果第一电池组模块的第一充电状态高于第二电池组模块的第二充电状态，则也不将第二电池组模块接通到耗电器上。在该情况下，首先仅仅使第一电池组模块放电，直至电池组模块的充电状态彼此相等。
根据本发明的另一种有利的设计方案，如果第一电池组模块的第一充电状态与第二电池组模块的第二充电状态的差的绝对值超过预给定的阈值，并且如果第一电池组模块的第一充电状态小于第二电池组模块的第二充电状态，则切换到第二电池组模块。切换在此意味着，第一电池组模块被切断，即与耗电器电分离，并且接通第二电池组模块。在该情况下，首先仅仅使第二电池组模块放电，直至电池组模块的充电状态彼此相等。
还提出一种电动车辆，其包括一种电池组系统，该电池组系统利用根据本发明的方法来运行。
本发明的优点
借助根据本发明的方法，电池组系统的具有不同模块温度的电池组模块可以相对快速地彼此并联，其中特别是最大程度上避免电能的浪费。同样，电池组系统的处于不同的充电状态水平的电池组模块可以相对快速地彼此并联。只要满足所有所需的接通条件，就接通各个电池组模块。在此，根据本发明的方法能够实现相对快速地为电动车辆提供最大可能的功率。通过在电池组模块之间的切换过程和各个电池组模块的由此产生的切换运行，也有利地防止电池组模块和电池组系统的过热。根据本发明的方法也允许电动车辆的尽可能长的运行时长和因此电动车辆的更远行程。根据本发明的方法适合于应用在具有任意数量可并联的电池组模块的电池组系统中。在此，根据本发明的方法被设计成，使得不需要附加的硬件组件。特别是可以有利地省去平衡单元。因此，根据本发明的方法特别适合于成本适宜的大众市场系统。
附图说明
借助附图和随后的描述更详细地阐述本发明的实施方式。
其中：
图1示出具有多个电池组模块的电池组系统的示意图，并且
图2示出用于运行电池组系统的方法的示意图。
具体实施方式
在本发明的实施方式的随后描述中，相同或相似元件以相同的附图标记来表示，其中在个别情况下放弃对这些元件的重复描述。附图仅仅示意性示出本发明的主题。
图1示出电动车辆的具有多个电池组模块5的电池组系统10的示意图。电池组系统10的每个电池组模块5包括多个电池组电池2，这些电池组电池当前彼此电串联。电池组电池2可以在电池组模块5内彼此不仅并联而且串联。当前，电池组系统10的所有电池组模块5相同地构造。
每个电池组电池2包括分别具有阳极和阴极的电极单元。电极单元的阳极与电池组电池2的负端子连接。电极单元的阴极与电池组电池2的正端子连接。为了串联电池组模块5的电池组电池2，一个电池组电池2的负端子分别与相邻电池组电池2的正端子电连接。
电池组模块5当前可电并联。在输入侧，电池组模块5彼此电连接。在输出侧，每个电池组模块5与单独的模块开关61电连接。通过闭合模块开关61，电池组模块5也在输出侧彼此电连接。因此，在闭合的模块开关61的情况下，电池组模块5电并联。
电池组系统10与电动车辆的耗电器20、特别是与驱动电机连接。给耗电器20分配主开关65。在闭合的模块开关61和闭合的主开关65的情况下，模块电流IM流经相关的电池组模块5。电池组电流IB流经耗电器20。电池组电流IB对应于并联的电池组模块5的模块电流IM的和。
图2示出用于运行电池组系统10的方法的示意图，该电池组系统与电动车辆的耗电器20连接。在开始步骤100中，接通电动车辆和电池组系统10。检测电池组系统10的所有电池组模块5的模块温度。该方法在此简化地借助具有第一电池组模块5和第二电池组模块5的电池组系统10来描述。在此，具有较高的模块温度的电池组模块5被称为第一电池组模块5，并且具有较低的模块温度的电池组模块5被称为第二电池组模块5。当然，该方法也可以匹配于具有多个电池组模块5的电池组系统10。
首先，在步骤101中，将第一模块温度与预给定的最小温度进行比较。如果第一模块温度小于最小温度，则不能接通电池组模块5。如果第一模块温度大于最小温度，则在步骤102中将第二模块温度与预给定的最小温度进行比较。
如果第二模块温度小于最小温度，则在步骤103中将第一电池组模块5接通到耗电器20上。在步骤104中运行电动车辆，其中第二模块温度上升，并且其中第一电池组模块5的第一充电状态下降。
在重复的步骤102中，又将第二模块温度与预给定的最小温度进行比较。如果第二模块温度现在高于最小温度，则在步骤203中检测流经耗电器20的电池组电流IB以及将该电池组电流IB与预给定的电流阈值进行比较。
如果流经耗电器20的电池组电流IB超过预给定的电流阈值，则不能接通第二电池组模块5，并且电动车辆在步骤204中继续利用第一电池组模块5运行。重复步骤203。
如果流经耗电器20的电池组电流IB低于预给定的电流阈值，则在步骤205中检测第一电池组模块5的第一充电状态和第二电池组模块5的第二充电状态。此外，将第一电池组模块5的第一充电状态与第二电池组模块5的第二充电状态进行比较。
如果第一电池组模块5的第一充电状态与第二电池组模块5的第二充电状态的差的绝对值超过预给定的阈值，并且如果第一电池组模块5的第一充电状态小于第二电池组模块5的第二充电状态，则在步骤206中切换到第二电池组模块5。然后，电动车辆在步骤207中继续利用第二电池组模块5运行。重复步骤203。
如果第一电池组模块5的第一充电状态与第二电池组模块5的第二充电状态的差的绝对值超过预给定的阈值，并且如果第一电池组模块5的第一充电状态高于第二电池组模块5的第二充电状态，则不接通第二电池组模块5，并且电动车辆在步骤208中继续利用第一电池组模块5运行。重复步骤203。
如果第一电池组模块5的第一充电状态与第二电池组模块5的第二充电状态的差的绝对值低于预给定的阈值，则在步骤211中确定当前可由第二电池组模块5提供的模块电流IM。
可由第二电池组模块5提供的模块电流IM特别是取决于第二模块温度。只要第二模块温度低于预给定的最小温度，第二电池组模块5就不能提供模块电流IM。如果第二模块温度超过大于最小温度的预给定的运行温度，则第二电池组模块5可以提供最大模块电流IM。如果第二模块温度处于最小温度和运行温度之间，则第二电池组模块5可以提供的模块电流IM上升，例如线性地以斜坡的形式上升。
如果可由第二电池组模块5提供的模块电流IM最高是流经耗电器20的电池组电流IB的一半，则不接通第二电池组模块5，并且电动车辆在步骤212中继续利用第一电池组模块5运行。重复步骤203。
如果可由第二电池组模块5提供的模块电流IM至少是流经耗电器20的电池组电流IB的一半，则在步骤213中接通第二电池组模块5。
然后，电动车辆在步骤214中利用第一电池组模块5和第二电池组模块5运行，所述第一电池组模块5和第二电池组模块5现在并联。行驶运行在稍后时刻终止于结束步骤400。
本发明不限于在此描述的实施例和其中强调的方面。更确切地说，在通过权利要求说明的范围内可以实现多种变型，其处于本领域技术人员处理的范围内。

Claims (8)

1.用于运行电动车辆的电池组系统(10)的方法，其中所述电池组系统(10)具有至少两个能并联的电池组模块(5)并且每个电池组模块(5)具有至少一个电池组电池(2)，并且其中各个电池组模块(5)能彼此分开并且独立地接通到耗电器(20)上，所述方法包括以下步骤：
-检测第一电池组模块(5)的第一模块温度和第二电池组模块(5)的第二模块温度；
-如果第一电池组模块(5)的模块温度超过预给定的最小温度，并且如果第二电池组模块(5)的模块温度低于预给定的最小温度，则将第一电池组模块(5)接通到所述耗电器(20)上；
-如果第二电池组模块(5)的模块温度超过预给定的最小温度，则最早地将第二电池组模块(5)接通到所述耗电器(20)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中如果第二电池组模块(5)的模块温度超过预给定的最小温度，则实施以下步骤：
-检测流经所述耗电器(20)的电池组电流(IB)；
-将流经所述耗电器(20)的电池组电流(IB)与预给定的电流阈值进行比较；
-检测第一电池组模块(5)的第一充电状态和第二电池组模块(5)的第二充电状态；
-将第一电池组模块(5)的第一充电状态与第二电池组模块(5)的第二充电状态进行比较，
其中如果流经所述耗电器(20)的电池组电流(IB)低于预给定的电流阈值，并且如果第一电池组模块(5)的第一充电状态与第二电池组模块(5)的第二充电状态的差的绝对值低于预给定的阈值，则最早地将第二电池组模块(5)接通到所述耗电器(20)上。
3.根据权利要求2所述的方法，其中如果可由第二电池组模块(5)提供的模块电流(IM)至少是流经所述耗电器(20)的电池组电流(IB)的一半，则将第二电池组模块(5)接通到所述耗电器(20)上。
4.根据权利要求2所述的方法，其中如果可由第二电池组模块(5)提供的模块电流(IM)最高是流经所述耗电器(20)的电池组电流(IB)的一半，则不将第二电池组模块(5)接通到所述耗电器(20)上。
5.根据权利要求2至4之一所述的方法，其中如果流经所述耗电器(20)的电池组电流(IB)超过预给定的电流阈值，则不将第二电池组模块(5)接通到所述耗电器(20)上。
6.根据权利要求2至4之一所述的方法，其中如果第一电池组模块(5)的第一充电状态与第二电池组模块(5)的第二充电状态的差的绝对值超过预给定的阈值，并且如果第一电池组模块(5)的第一充电状态高于第二电池组模块(5)的第二充电状态，则不将第二电池组模块(5)接通到所述耗电器(20)上。
7.根据权利要求2至4之一所述的方法，其中如果第一电池组模块(5)的第一充电状态与第二电池组模块(5)的第二充电状态的差的绝对值超过预给定的阈值，并且如果第一电池组模块(5)的第一充电状态小于第二电池组模块(5)的第二充电状态，则切换到第二电池组模块(5)。
8.一种电动车辆，其包括至少一个电池组系统(10)，所述电池组系统利用根据上述权利要求之一所述的方法来运行。
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