蓄电池及用于利用品质因子来调节蓄电池电压的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于调节蓄电池的蓄电池电压的方法，该蓄电池包括选择性地连接和跨接至蓄电池组的多个蓄电池单池，其中，在所述方法中通过多个蓄电池单池的交替的控制(15)将蓄电池电压调节至期望的标称电压。在此，通过中央的控制信号和该中央的控制信号基于多个品质因子(G)的匹配以分配给相应的蓄电池单池的平均接通时间来连接每个蓄电池单池。分别相应于现有的蓄电池单池状态地选择多个品质因子(G)。此外，本发明专利技术给出一种蓄电池，其被设置具有用于实施该方法的调节电子装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种调节蓄电池的蓄电池电压的方法，该蓄电池包括选择性地连接和跨接至蓄电池组的多个蓄电池单池，其中，在该方法中通过多个蓄电池单池的交替的控制将蓄电池电压调节至期望的标称电压。此外，本专利技术涉及一种蓄电池，其具有至少一个具有多个通过控制装置连接和跨接蓄电池组的蓄电池单池的蓄电池组、用于获取多个蓄电池单池的运行参数的获取装置和用于调节蓄电池电压的调节电子装置。
技术介绍
将来，无论是静态的应用中还是在例如混合动力车辆和电动车辆的车辆中都将越来越多地使用蓄电池系统。为了能够满足对于各种应用给出的对于电压的要求且提供可调节的功率，要串联连接较多的蓄电池单池，从而构成提供蓄电池电压的蓄电池组。为了获得高的蓄电池电流还经常并联连接额外的蓄电池单池。在 申请人:的之前的申请中说明了多个蓄电池，其具有带有可变的或者可调节的蓄电池电压的蓄电池组。其通过激活一定数量的蓄电池单池或者蓄电池模块，使得其总电压对应于对于蓄电池电压的期望的标称值来实现，其中将去激活或者跨接其他的、不需要的多个蓄电池单池。此外，根据现有技术通过微控制器实施对多个蓄电池单池的多个耦合电路的控制，其中，该微控制器通常通过电隔离进而与中央的控制装置进行通信。该耦合电路能够通过半导体开关，尤其是MOSFET晶体管和各自所属的驱动电路来实现。半导体开关能够安置在半桥设置或者全桥设置中。此外，对个耦合电路中每个能够被设置用于接通单个的蓄电池单池或者具有多个蓄电池单池的蓄电池模块。在此必须由中央的控制装置通过通信接口或者通过信号传递连接(通信总线)通知每个耦合电路，是否应该连接或者跨接蓄电池单池或者蓄电池模块，或者应该连接哪个晶体管并且不连接哪个晶体管。该方法的缺点是要求高的通信花费，尤其是当为了实现蓄电池电压的精细的电压分级而减少通过耦合单元接通的多个蓄电池模块或者多个蓄电池单池的数量时，该通信花费将以尤其高的程度出现。高的通信花费尤其基于对获得足够鲁棒性的并且有效的蓄电池系统的要求，多个蓄电池单池或者多个蓄电池模块通常必须实时地定位并且接通。
技术实现思路
根据专利技术提出一种用于调节蓄电池的蓄电池电压的方法，所述蓄电池包括选择性地连接和跨接至蓄电池组的多个蓄电池单池。在该方法中通过多个蓄电池单池的交替的控制将将蓄电池电压调节至期望的标称电压。此外，通过中央的控制信号和中央的控制信号的基于多个品质因子的匹配以分配给相应的蓄电池单池的平均接通时间来连接接通每个蓄电池单池，其中，分别相应于现有的蓄电池单池状态地选择多个品质因子。另外根据本专利技术另一方面提供具有至少一个蓄电池组的蓄电池，该蓄电池组具有多个通过控制装置来连接和跨接蓄电池组的蓄电池单池。该蓄电池还具有用于获取多个蓄电池单池的运行参数的获取装置和用于调节蓄电池电压的调节电子装置。该调节电子装置具有用于由所获取的运行参数确定蓄电池单池的品质因子的确定装置并设置用于实施依据本专利技术的方法。根据本专利技术的另一方面提供一种机动车，其具有电机并且被设置具有依据专利技术的蓄电池，该蓄电池为电机提供电能。本专利技术的优点是实现通信成本的大幅降低。该优点尤其通过多个蓄电池单池根据专利技术通过中央的控制信号的控制来实现。同时本专利技术允许蓄电池的高的可扩展性，这点此外通过使用根据本专利技术的品质因子来确立。本方法实现两阶段式的控制，对于控制通过使用多个品质因子优选地实施局部或者单个匹配，其例如实现调节总蓄电池电压，而不必将所有的单池电压传递至中央的控制装置和/或在那里分析关于下述的决定，即哪些蓄电池单池应当接通至蓄电池组并且哪些蓄电池单池应当跨接至蓄电池组。此外，由于通过品质因子只需为了匹配调节单个参数，所以能够以简单且方便的方式对单个单池进行控制。根据任务能够继续独立于蓄电池电压的调节进行品质因子的计算，这导致高的灵活性、速度和可靠性。根据本专利技术的优选的改进，由计算函数得出每个品质因子，该计算函数分别概括相关的蓄电池单池的多个运行参数。该运行参数能够例如概括充电状态、老化状态、单池电压、单池温度、单池内压、蓄电池电流方向和/或一个或者多个其他的运行参数。在此运行参数能够例如当前地即时确定或者以合适的间隔更新。也能够确定平均的充电状态或者平均的老化状态，使得首先提供适用于所有的蓄电池单池的平均值。随后能够将关于与平均的老化状态相比较的单个的老化状态的信息通过特定的蓄电池单池的相应较高的或者较低的品质因子导入控制过程。例如当特定的蓄电池单池的蓄电池温度或者内压改变时，通过对品质因子进行特定的增加或者减少，多个品质因子也能够单独地并分别根据情况、需求或者使用状况地更新和修改。以此通过品质因子实现在蓄电池的运行中的随时提供和可使用的对于蓄电池单池的可用性的指数，其中能够最小化蓄电池的原本的电压调节的计算成本。因此电压调节能够以快的反应时间调整对当前的要求做出反应，例如连接的电机的快速变化的电流需求。根据一种有利的实施方式，品质因子分别根据每个对于特定的蓄电池单池所概括的运行参数的多个值确定为带有负号或者正号的数。此外，对于品质因子优选地使用无量纲数。因此进一步简化了用于进一步的电压调节的品质因子的可操作性。根据本专利技术的一种特别的实施方式规定，如果对于特定的蓄电池单池确定为负的品质因子，那么分配给蓄电池单池的接通时间减小，而如果对于特定的蓄电池单池确定为正的品质因子，那么分配给蓄电池单池的接通时间增加。因此能够进一步地取消复杂的计算，例如在驱动电路中，其根据待调节实际接通概率控制蓄电池单池。根据本专利技术的一种实施方式规定，调节蓄电池单池的平均接通时间作为概率窗内的接通概率，其围绕这样的标称接通概率值设置，该标称接通概率值对应于中央的控制信号的当前的大小。中央的电压调节装置只控制平均值，其中向两个方向，即更高概率的方向和较低概率的方向，匹配能够局部地和/或单个地进行。根据本专利技术的另一种实施方式标准化品质因子。例如能够这样地标准化该品质因子，使得概率窗的上限或者下限对应于具有数值I的品质因子。在此优选地，概率窗对称地围绕标称接通概率值设置。这样在同时涉及所有蓄电池单池的状态情况下能够尤其好地控制期望的调节行为。在本专利技术的一种尤其优选的实施方式中选择具有这样的宽度的对称的概率窗，使得概率窗的下限和上限不超过0%或者100%的概率临界值。此外，根据这种方式能够随时确保通过有限大的品质因子在有效作用范围内进行功能的调整。本专利技术能够应用多个控制机制，其中使用对于所有的蓄电池单池或者蓄电池模块所确定的控制信号。尤其优选地，本专利技术用于借助于脉冲宽度调制的信号来实施的调节。因此在一种有利的实施方式中规定，使用脉冲宽度调制的信号尤其作为中央的控制信号以用于调节蓄电池电压，使得通过相应加权的脉冲宽度调制的信号的占空比(Duty-Cycle)为每个蓄电池单池确定平均接通时间或者接通持续时间或者接通概率。替换地或者额外地规定将脉冲宽度调制的信号作为在调节回路中的控制量以用于调节蓄电池电压。这样能够通过使用脉冲宽度调制的信号以尤其有效和简单的方式实现多个蓄电池单池的连接和断开，尤其是由于接通概率能够通过脉冲宽度调制的信号的占空比确定。在此能够特别有利地使用多个品质因子，例如为了在蓄电池单池中匹配合适地匹配预定的占空比并且因此接通概率或者接通时间(平均接通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于调节蓄电池的蓄电池电压的方法，所述蓄电池包括选择性地连接和跨接至蓄电池组的多个蓄电池单池，其中，在所述方法中通过所述多个蓄电池单池的交替的控制(15)将所述蓄电池电压调节至期望的标称电压，其特征在于，通过中央的控制信号和所述中央的控制信号的基于多个品质因子(G)的匹配以分配给所述相应的蓄电池单池的平均接通时间来连接每个蓄电池单池，其中，分别相应于现有的蓄电池单池状态地选择所述多个品质因子(G)。

【技术特征摘要】
2013.02.13 DE 102013202280.81.一种用于调节蓄电池的蓄电池电压的方法，所述蓄电池包括选择性地连接和跨接至蓄电池组的多个蓄电池单池，其中，在所述方法中通过所述多个蓄电池单池的交替的控制(15)将所述蓄电池电压调节至期望的标称电压，其特征在于，通过中央的控制信号和所述中央的控制信号的基于多个品质因子(G)的匹配以分配给所述相应的蓄电池单池的平均接通时间来连接每个蓄电池单池，其中，分别相应于现有的蓄电池单池状态地选择所述多个品质因子(G)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，分别借助于概括蓄电池单池的多个运行参数(11、12)的计算函数，尤其借助于概括充电状态、老化状态、单池温度、单池内压、蓄电池电流方向和/或一个或者多个其他的运行参数的计算函数来确定每个品质因子(G)。3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据相应的对于特定的蓄电池单池所概括的运行参数(11、12)的多个值将品质因子(G)确定为尤其是带有负号或者正号的无量纲数，其中，当对于特定的蓄电池单池确定负的品质因子时，分配给所述蓄电池单池的所述平均接通时间减小，而当对于特定的蓄电池单池确定正的品质因子(G)时，分配给所述蓄电池单池的所述平均接通时间增加。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，蓄电池单池的所述平均接通时间对应于接通概率，所述接通概率被分配在概率窗(21)之内，所述概率窗围绕这样的标称接通概率值(PD设置，所述标称接通概率值对应于所述中央的控制信号的当前的大小。5.根据权利要求4所述的方法，其中，标准化所述品质因子(G)，使...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·布茨曼，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：德国;DE