圆柱形储能器中的芯温度制造技术

应以简单的方式测定储能器(1)的芯温度(T

【技术实现步骤摘要】
圆柱形储能器中的芯温度


[0001]本专利技术涉及一种测定储能器中的芯温度的方法。此外，本专利技术还涉及一种具有用于实施这种方法的控制装置的储能器以及一种相应的电动工具和一种计算机程序产品。

技术介绍

[0002]迄今为止，锂离子蓄电池的电池管理系统中的调节和控制基本上是基于电流、电压和温度而实现的，其均作为测量参数而被测明。问题在于，主要仅通过外部的热传感器来进行温度测量并且总是缓慢地进行这个温度测量。
[0003]引入锂离子单电池中的热能对于单电池电化学上的压力具有决定性作用，因为这个热能最终负责跨三维单电池形成空间温度场。视具体情境而定，即根据先前的负载情况或已设定的温度场，进一步进行热输入会导致温度场发生变化，就像通过单电池壳体散发到环境中的热量也会改变温度场一样。除了作为化学和微物理反应的决定性驱动因素的电位水平以及单电池中所存在的电化学物质或载体材料(形成结构、进行支撑等)以外，局部温度也是电化学反应的重要因素(在此例如是反应速度)，但也会对微物理过程(例如离子扩散率)起到辅助、抑制作用或者甚至会改变和破坏材料构造。
[0004]由公开案DE 10 2011 080 512 A1已知，结合基于模型的计算，例如结合针对电池系统的数学温度模型，来测定操作系统针对当前工作状态的期望的标称温度。在此情况下，可以将温度模型的值与温度的测量值进行比较。在调温系统未激活的工作模式下，温度模型可以动态地计算电池单体和电池系统的升温并将其与这个电池系统的温度传感器的测量值进行比较。
[0005]此外，公开案US 8 829 904 B2涉及锂离子单电池的内部温度的建模。建模的内部温度包含三维温度曲线。
[0006]此外，公开案CN 105206888A揭示了一种锂离子电池的内部温度的监测方法。在不同的环境条件下进行锂离子电池的充放电测试，以便获得电池表面温度的变化曲线。检查相关参数，例如电池的内阻和开路电压温度系数。基于产热率建立锂离子电池的热耦合模型。因此，可以模拟放电过程中的温度变化。这个温度建模基于相应微分方程的解。
[0007]上文所示出的用于模拟各个单电池的内部温度的模型通常非常复杂且计算量很大。因此，在几分之一秒内对各个储能器或与其相关的电气设备进行非时变的控制几乎是无法实现的。

技术实现思路

[0008]因此，本专利技术的目的是提出一种理念，基于所述理念可以对储能器进行快速的温度控制。
[0009]本专利技术用以达成上述目的的解决方案在于根据独立权利要求的方法、储能器、电动工具和计算机程序产品。本专利技术的有利的进一步方案参阅从属权利要求。
[0010]因此，根据本专利技术，提供一种测定储能器中的芯温度的方法，所述方法在于
[0011]‑
测量所述储能器的护套温度，
[0012]‑
测量通过所述储能器的电流，以及
[0013]‑
借助热模型，根据所述所测得的护套温度和所述所测得的电流来测定所述储能器的芯温度。
[0014]本专利技术基于以下理念：将对储能器中温度的测定集中于对储能器中的芯温度的确定上，从而可以提高模拟或建模速度。这个芯温度通常是能量存储内最高的温度。因此，芯温度站主导地位的储能器的芯部也会是最快老化的区域。就此而言，芯温度也是在温度监测过程中起决定性作用的温度。最重要的是，芯温度，即通常为储能器中的最高温度，不应超过某个极限值。视情况可以动态对这个极限值进行匹配。
[0015]特别地，在所提出的方法中测定芯温度，即储能器的芯部中的温度。这个储能器的芯部通常是其几何中心点或者是围绕这个几何中心点的区域。在卷绕式储能器(例如卷绕式锂离子蓄电池)中，这个芯部或芯部区域位于卷绕轴上。这个芯部通常位于轴向中心中。但是，结构中的不对称或不均匀性也可能致使无法在储能器的几何中心点处精确地预期到最高温度。在此类情况下，这个芯部也可以大致位于几何中心外部。就卷绕式储能器而言，这个芯部例如可以沿轴向方向相对于中心略微位移。
[0016]在根据本专利技术的方法的第一步骤中，测量所述储能器的护套温度。所述储能器例如是圆柱形的，并且在圆柱套上，即在这个储能器的外表面上测量护套温度。如果储能器具有不同于圆柱体的几何形状，例如立方体，则这个护套温度指的是这个储能器的表面上的温度。也就是说，在本文中，术语“护套温度”与术语“表面温度”同义。通过将传感器安装在储能器的外侧上，可以在无需较高的技术复杂性的情况下获得储能器的表面温度或护套温度。
[0017]在用于确定所述芯温度的方法的另一步骤中，测量流过所述储能器的电流。总电流通常流过这个储能器。视情况，这个总电流也可以分成分电流。为了测定芯温度，仅重要的是确定应使用哪个电流。或是使用进行测量的总电流，或是仅使用其中的一个分电流。所测得的电流表示到储能器中的能量输送，其仅部分用于电荷产生或电荷衰减。储能器特别是会因欧姆损耗而升温。
[0018]在随后的步骤中，借助热模型根据所述所测得的护套温度和所述所测得的电流来测定所述储能器的芯温度。这个热模型通常将不仅考虑到储能器的几何条件，例如外部形状，例如圆柱形形状。这个热模型通常还将具有材料特定的参数，这些参数考虑到了储能器的个性化的材料。材料特定的参数的一个示例是比热容。另一个示例是密度或热导率。但在这个热模型中，还考虑到了其他物理参数(例如质量和单电池内阻)以及可能的几何变量(例如体积、半径等)。根据所有这些变量，但至少根据所测得的护套温度和所测得的电流，借助热模型测得或估算储能器的芯温度。
[0019]也就是说，有利地通过根据本专利技术的方法借助基于护套温度的模型来获得对于储能器而言较为重要的芯温度。这表明，可以简单地获得储能器的芯部中的温度，具体方式在于，测量护套上的温度并将流动的电流考虑在内。由此实现非常低的可以由相对较小的处理器来完成的模拟难度。
[0020]在根据本专利技术的方法的一种有利的技术方案中，所述储能器具有直圆柱体的形状并且在所述储能器的纵轴的一个位置处测定所述芯温度。特别是锂离子蓄电池通常具有直
圆柱体的形状，因为其通常被卷绕。在此情况下，这个圆柱形储能器的芯部位于圆柱轴或纵轴上。然而，如上文已示出的那样，这个芯部不必精确地位于储能器的中心，即位于纵轴的中心，而是也可以位于纵轴的另一位置处。这个储能器的直圆柱体形状的优点在于，可以将已知的热模型用于直圆柱体。这类模型通常相对较简单并且基于解析函数。
[0021]在一种特别的技术方案中，所述储能器具有直圆柱体的形状并且在所述储能器的纵轴的一个位置处测定所述芯温度。直圆柱体是最常见的圆柱形状，但也可以采用倾斜的圆柱体，其圆柱轴相对于圆柱端面的法线形成非零的角度。这样一来，视情况也可以关于芯温度对倾斜切割的圆柱形储能器进行建模。
[0022]在特别的进一步方案中可以设定，所述储能器具有圆柱体、椭圆柱或棱柱的形状，特别是具有立方体的形状，并且在所述储能器的几何中心中测定所述芯温度。因此，各个圆柱体的端面可以具有不同的形状。这些端面不仅可以是圆形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测定储能器(1)中的芯温度(T
ZK
)的方法，其特征在于，
‑
测量(S1)所述储能器(1)的护套温度(T
rA
)，
‑
测量(S2)通过所述储能器(1)的电流，以及
‑
借助热模型，根据所述所测得的护套温度(T
rA
)和所述所测得的电流来测定(S5)所述储能器(1)的芯温度(T
ZK
)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储能器(1)具有直圆柱体的形状并且在所述储能器(1)的纵轴(3)的一个位置处测定所述芯温度(T
ZK
)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述储能器(1)具有圆柱体、椭圆柱或棱柱的形状，特别是具有立方体的形状，并且在所述储能器(1)的几何中心中测定所述芯温度(T
ZK
)。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述热模型中将所述储能器(1)视为均质体。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，针对所述热模型，根据所述储能器(1)的加权材料特性获得所述储能器(1)的平均密度和平均比热容。6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，借助所述热模型只能测定包括所述芯温度(T
ZK
)在内的径向温度分布(6)。7.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，借助所述热模型测定(S5)所述储能器(1)中的径向温度分布(6)和轴向温度分布。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：德国安海公司，
类型：发明
国别省市：