用於至少一個蓄電池元件的溫度調節的方法、蓄電池及具有這樣的蓄電池的機動車的製作方法

2023-10-26 02:56:22 1

用於至少一個蓄電池元件的溫度調節的方法、蓄電池及具有這樣的蓄電池的機動車的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於至少一個蓄電池元件的溫度調節的方法、一種蓄電池以及一種具有此類的蓄電池的機動車，它們尤其是能夠用於在至少一個蓄電池元件充電或者放電時避免對於該至少一個蓄電池元件的損傷。為此在用於至少一個蓄電池元件的溫度調節的方法中提出首先預先給定溫度值(Tmin)並且確定在第一溫度T(t0)時開始的所述至少一個蓄電池元件的冷卻特性。通過分析所述冷卻特性來確定第一時刻(tmin)，在所述第一時刻所述蓄電池溫度T達到或者已經低於所述溫度值(Tmin)。接下來確定所述至少一個蓄電池元件的充電或者放電的開始的第二時刻(t_end)。倘若tmin<t_end，則如此地以熱量來加載所述至少一個蓄電池元件，使得所述蓄電池溫度(T)在所述第二時刻(t_end)大於或者等於所述溫度值(Tmin)。
【專利說明】用於至少一個蓄電池元件的溫度調節的方法、蓄電池及具 有這樣的蓄電池的機動車

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用於至少一個蓄電池元件的溫度調節的方法、蓄電池及具有這樣 的蓄電池的機動車，它們尤其是能夠被用於在至少一個蓄電池元件的充電或者放電時避免 所述至少一個蓄電池元件的損壞。

【背景技術】
[0002] 鋰離子蓄電池是一種能夠再充電的電儲能器，其已經在手機、筆記本電腦、可攜式 消費裝置等上得以應用。在汽車的應用中，鋰離子蓄電池呈現為用於驅動系統的電氣化的 關鍵技術。根據客戶要求的不同能夠擬定不同的解決方案，例如在混合動力車輛（英文為 HEV)實現部分的電氣化並且在（純）電動車輛（英文為EV)中100%地利用源自鋰離子蓄 電池的電能。其中，能夠根據使用規範的不同而模塊化地構建鋰離子蓄電池並且將其串聯 或者並聯地電氣連接。蓄電池通常既能夠通過電機也能夠通過連接端而加載在外部的網絡 之上。
[0003] 對於這樣的技術的成功的實施重要的方面在於首先是鋰離子蓄電池的運行安全 性。在此要求必須在優選的溫度範圍之內來運行該蓄電池。因為蓄電池溫度對於功率供給、 老化程度（功率降低）或者使用壽命和蓄電池安全性（起火危險）具有較大的影響。由此 得出，考慮周到的熱管理構思對於在車輛中的鋰離子蓄電池的應用來說是不可或缺的。
[0004] 對於汽車應用來說保護鋰離子蓄電池免於過熱以及避免低溫是重要的。為此將由 熱管理系統通過必要的溫度測量或者監控以及有效的對策來實現。
[0005] 在鋰離子蓄電池中，功率能力在充電和放電時是與溫度相關的，因此，相較於該蓄 電池處於優選的運行溫度範圍之內來說在較低的溫度時蓄電池例如允許顯著地較低的充 電電流或者放電電流。這將引起該蓄電池的充電在冬天時或者低於冰點的低溫時持續更長 時間並且該電動或者混合動力車輛的啟動性能將顯著地放緩。
[0006] 此外，在較低的溫度時的過強的充電或者放電電流均會導致鋰離子單池的不可逆 的損壞，進而不再能夠在一段持續時間上確保安全的運行。
[0007] 由公開文獻DE 198 06 135 A1描述了一種用於確定車輛蓄電池的溫度的方法，其 中將間接地根據至少一個電機溫度和環境溫度來計算該溫度。
[0008] 由公開文獻DE 10 2009 046 568 A1已知了一種用於驅動車輛的方法，其中，根據 配屬於行駛路段的負載屬性來實現車輛蓄電池的溫度管理。


【發明內容】

[0009] 依據本發明在用於至少一個蓄電池元件的溫度調節的方法中預先給定最低溫度 的溫度值Tmin，在該溫度應該實現至少一個蓄電池元件的充電或者放電。此外，依據本發明 將確定所述至少一個蓄電池元件的冷卻特性，其中在溫度T(t0)時開始冷卻。有利地，所述 冷卻特性描述了在所述至少一個蓄電池元件未加負載時尤其是未充電或者放電時的所述 至少一個蓄電池元件的冷卻。一個優選的實施形式如此設置，即所述至少一個蓄電池元件 為機動車（EV或者HEV)的牽引蓄電池。在這種情況下，所述冷卻特性描述了在所述機動車 停車時的所述至少一個蓄電池元件的冷卻。優選地，所述冷卻特性通過冷卻曲線來描述。 [0010] 依據本發明還設置了分析所述冷卻特性，以便確定第一時刻，在所述第一時刻所 述蓄電池溫度T下降到所述溫度值Tmin或者低於所述溫度值Tmin。特別地，所述分析包括 對所述冷卻曲線的分析。所述冷卻曲線有利地考慮蓄電池溫度和環境溫度中的至少一個參 數。
[0011] 此外，將確定通過所述至少一個蓄電池元件的充電或者放電而再次開始例如通過 機動車的啟動而再次開始的負載的第二時刻。所述第一時刻和所述第二時刻將做比較以便 確定由於所述至少一個蓄電池元件的充電或者放電而引起的負載在所述蓄電池溫度T下 降到所述溫度值之前或者低於所述蓄電池溫度T之前是否開始。由此也能夠檢驗所述第一 時刻是否位於所述第二時刻之前。倘若所述第一時刻位於所述第二時刻之前，就意味著所 述至少一個蓄電池元件的負載在過低的溫度時實現了。為了避免這樣的情況，將以熱量來 加載所述至少一個蓄電池元件，例如通過加熱元件。如此地實現以熱量來加載使得所述蓄 電池溫度T在所述第二時刻時大於或者等於所述溫度值Tmin。
[0012] 在一個優選的實施形式中設置，即在所述第一時刻位於所述第二時刻之前的情況 下確定額定蓄電池溫度T (to)_sol 1，所述額定蓄電池溫度在所確定的冷卻特性時致使所述 第一時刻在沒有（附加的）具有熱量的加載的情況下位於所述第二時刻之後或者所述第一 和所述第二時刻一樣。
[0013] 因此將確定這樣的溫度，蓄電池在所述冷卻開始時必須至少應該具有該溫度，由 此該蓄電池在基於所確定的冷卻特性時在所述第二時刻低於所述溫度值Tmin，而無需對所 述蓄電池進行加熱。
[0014] 一個優選的實施形式如此設置，即所述額定蓄電池溫度T(t0)_soll通過冷卻特 性的外推法來確定。
[0015] 在另一個優選的實施形式之中如此設置，即所述至少一個蓄電池元件的溫度在使 用所述至少一個蓄電池元件期間尤其是在電動機動車行駛期間如此地加以調節，即所述蓄 電池溫度T在使用結束時至少和所述額定蓄電池溫度T (to) _sol 1 -樣高。由此能夠達到使 得在使用所述至少一個蓄電池元件之後的冷卻過程以額定蓄電池溫度T(tO)_soll來開始 並且因此使得所述至少一個蓄電池元件在第二時刻之前不會比Tmin更低地加以冷卻。其 中能夠設置該調解，使得根據所述使用的負載屬性尤其是在所述機動車停車之前的行駛將 主動的冷卻適配至所述額定蓄電池溫度T (t0)_sol 1。
[0016] 特別地，所述冷卻根據所述負載屬性提前地結束。
[0017] 在另一個優選的實施形式中設置，多個使用的尤其是行駛的所述蓄電池溫度加以 存儲和分析。有利地，將自適應性方法用於這樣的分析，尤其是例如模糊邏輯，因為模糊邏 輯特別好地適合於學習使用或者行駛特性。此外，尤其是也能夠存儲和分析具有相應的熱 管理和相應的調節參數的溫度曲線。
[0018] 一個優選的實施形式設置了，將所述使用的分析包括使用的分類。例如，去或者從 工作地的行駛能夠具有本質上相同的或者相似的參數值如負載屬性、出發時間和耐用度形 成第一分類、周末的採購行駛形成第二分類或者在一個確定的季節的行駛形成第三分類。 每個這樣的分類相應於一個確定的分類特定的冷卻特性並且優選地每個分類與一個分類 特定的額定蓄電池溫度T(to)相關聯。
[0019] 本發明的另一方面涉及一種蓄電池，其與一個模塊相組合，所述模塊被如此地加 以設置，使得用於實施蓄電池的溫度調節的方法是可實施的，其中，所述方法至少包括以下 步驟：
[0020] -預先給定溫度值Tmin,
[0021] -在第一溫度T(to)時開始所述至少一個蓄電池元件的冷卻特性的確定，
[0022] -通過分析所述冷卻特性來確定第一時刻，在所述第一時刻所述蓄電池溫度T達 到或者已經低於所述溫度值，
[0023] -確定所述至少一個蓄電池元件的充電或者放電的開始的第二時刻，
[0024] -倘若所述第一時刻位於所述第二時刻之前，則如此地以熱量來加載所述至少一 個蓄電池元件，使得所述蓄電池溫度T在所述第二時刻大於或者等於所述溫度值Tmin。
[0025] 優選地，所述蓄電池為鋰離子蓄電池或者所述蓄電池包括被構造為鋰離子蓄電池 單池的電化學單池。
[0026] 本發明的另一方面涉及一種機動車，其具有用於驅動所述機動車的電驅動電機和 與所述電驅動電機相連接的或者可連接的依據前述解決方案所描述的發明方面的蓄電池。 然而，所述蓄電池並非限於此類的應用目的，而是也能夠應用在其他的電氣系統之中。
[0027] 在從屬權利要求中給出並且在接下來的說明書中描述本發明的有利的改進方案。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 下面將藉助於附圖和後續的說明書進一步闡述本發明的實施例。附圖中：
[0029] 圖1示出了在電動車輛行駛中通過溫度管理來實現蓄電池溫度的示例性的提前 控制的原理圖。

【具體實施方式】
[0030] 接下來將以更加詳盡的細節來闡述本發明對於蓄電池溫度T的示例性的提前調 節。其中應當強調的是，本發明並不僅限於該具體的實施例。相反地，當該些方法僅實現獨 立權利要求的所有特徵時，本發明也包括其他方法，這些方法實現至少一個蓄電池元件例 如蓄電池的充電或者放電的開始的最小溫度。
[0031] 用於提前調節蓄電池溫度T的示例性的熱管理系統以下將參照圖1進一步加以描 述。
[0032] 依據一個示例性的實施形式，最低蓄電池溫度Tmin例如確定為在約6°C -15°C之 間優選地在8°C -12°C之間特別優選地為約10°C的溫度。優選地，通過該最低的蓄電池溫度 Tmin來確定蓄電池加熱的開始點。其中，蓄電池加熱能夠在達到該最低蓄電池溫度Tmin時 或者在更早的時刻開始。優選地，該蓄電池溫度T通過蓄電池加熱基本上調節至最低的蓄 電池溫度Tmin之上。這將具有以下優點，即不會由於過高的蓄電池溫度而浪費能源。
[0033] 依據該蓄電池溫度T的示例性的提前控制（Vorausregelung)能夠估計冷卻曲線 102並且通過自適應性確定來獲得該冷卻曲線。其中，該冷卻曲線102形成了該蓄電池的未 來的溫度特性。在獲得該冷卻曲線102時將考慮環境溫度和蓄電池溫度T，為了該目的將監 控這些溫度。
[0034] 從該所獲得的冷卻曲線102能夠確定諸如冷卻速度、直至達到高最低的蓄電池溫 度Tmin的持續時間或者諸如此類的信息。此外，在一個特別的實施形式之中，蓄電池溫度 T(t0)在冷卻開始104處加以確定並且確定也被描述為第二時刻的開始時刻用於蓄電池的 充電或者放電。
[0035] 根據該冷卻曲線102能夠確定也被描述為第一時刻的時刻tmin，在該時刻該蓄電 池溫度T已經達到最低的蓄電池溫度Tmin。直至達到該時刻的時間tmin將於在該時間 蓄電池的新的充電或者放電開始的時間作比較，例如通過再次啟動由該蓄電池所驅動的車 輛。倘若冷卻時間（tmin-tO)小於從該機動車停車到充電或者放電開始的時間110,例如 直至該車輛的開啟，那麼該冷卻曲線102將外推至過去的時間，以便確定額定蓄電池溫度 T(t0)_soll，該額定蓄電池溫度為蓄電池在電動機動車停車時所應該具有的。該額定蓄電 池溫度T(t0)_soll因此為依據冷卻曲線102不會使得蓄電池直至重新開始充電或者放電 而冷卻到最低的蓄電池溫度Tmin之下的溫度。當具有蓄電池的機動車停車時，該蓄電池至 少具有該額定蓄電池溫度T (t0) _sol 1，則該蓄電池直至重新開始充電或者放電也不會冷卻 到最低的蓄電池溫度Tmin之下並且該蓄電池的加熱不是必須的。
[0036] 新的充電或者放電的開始能夠例如通過在該時間該駕駛員習慣性地開始的時間 來給出。
[0037] -個特別的示例性實施例如此設置，即一段行駛的蓄電池溫度T(t)的曲線106加 以存儲和分析。為此所合適的為自適應性方法，諸如應用模糊邏輯，其特別適合於行駛特 性、具有相應的熱管理和/或調節參數的蓄電池溫度T(t)的曲線106的學習。其中，該行 駛特性能夠例如包括行駛周期（例如至或者從工作地的行駛、城市行駛或者高速公路行駛 或者諸如此類的）、停車庫（Abstellm0glichkeit )、季節等。根據這些信息能夠推導出 不同的行駛特性分類並且加以存儲。每個分類優選地配屬一個自身特殊的分類特定的額定 蓄電池溫度T(t0)_soll。
[0038] 同樣設置了如下方式，即所確定的額定蓄電池溫度T(t0)_s〇ll與所允許的最高 蓄電池溫度T_max作比較。
[0039] 如果確定額定蓄電池溫度T(t0)_soll高於所允許的蓄電池溫度T_max，那麼將如 此設置，即 T(t0)_soll = T_max。
[0040] 在該實施例中還設置了如下方式，即將該額定蓄電池溫度T(t0)_soll預先給定 為下一行駛的行駛結束的目標溫度108。其中將確定下一行駛屬於哪個分類。這能夠通過 對在行駛期間的駕駛行為、蓄電池溫度T(t)的曲線106、熱管理和/或調節參數的分析來實 現。在確定了該行駛的分類之後，分類特定的額定蓄電池溫度T(t0)_soll將被設置為該行 駛結束的目標溫度108。然後如此地實現該蓄電池的主動的溫度調節，即在該行駛結束處的 蓄電池溫度不低於為該行駛所設置的額定蓄電池溫度T(t0)_soll。特別地，在該行駛期間 的主動的冷卻被適配至該額定蓄電池溫度T(t0)_soll。根據經預測的剩餘的功率特性的不 同能夠提如確定冷卻關斷的時刻。
[0041] 為了與駕駛員主動地通信，能夠將在其中該蓄電池冷卻至該最低蓄電池溫度Tmin 的估計的時間段告知該駕駛員並且聲學地或者光學地加以輸出。
[0042] 此外，所估計的達到最低蓄電池溫度Tmin的時刻將被用於自動的供暖或者可編 程的暖氣的觸發信號。
[0043] 本發明在其實施形式上並不僅限於前面所給出的優選的實施例。相反地，一系列 的變型方案也是可行的，這些實施變型也使用基本上其他類型的實施例的依據本發明的方 法、依據本發明的蓄電池和依據本發明的機動車。
【權利要求】
1. 一種用於至少一個蓄電池元件的溫度調節的方法，其特徵在於 -預先給定溫度值Tmin, -確定在第一溫度T(tO)時開始的所述至少一個蓄電池元件的冷卻特性， -通過分析所述冷卻特性來確定第一時刻tmin，在所述第一時刻所述蓄電池溫度T達 到或者已經低於所述溫度值Tmin， -確定所述至少一個蓄電池元件的充電或者放電的開始的第二時刻乙的山 -倘若tmin〈t_end,則如此地以熱量來加載所述至少一個蓄電池元件,使得所述蓄電 池溫度T在所述第二時刻t_end時大於或者等於所述溫度值Tmin。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，在tmin〈t_end的情況下確定額定蓄電池溫度 T(tO)_soll，所述額定蓄電池溫度在所確定的冷卻特性時致使tmin彡t_end成立。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中，所述額定蓄電池溫度T(tO)_soll通過所確定的 冷卻特性的外推法來確定。
4. 根據權利要求2或3所述的方法，其中，所述蓄電池溫度T在所述至少一個蓄電池元 件的使用期間如此地加以調節，使得所述蓄電池溫度T在所述冷卻的開始to時高於或者等 於所述額定蓄電池溫度T(tO)_soll。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中，將限定所使用的不同的類型並且針對所使用的 每個類型確定特定的額定蓄電池溫度T(tO)_soll。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中，為了限定所使用的所述類型將分析使用特性、所 述蓄電池溫度T的曲線（106)和/或用於調節所述蓄電池溫度T的曲線（106)的參數。
7. 根據權利要求5或6所述的方法，其中，為了限定所使用的所述類型而使用自適應性 方法。
8. 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，為了確定所述冷卻特性將監控環境 溫度和/或所述蓄電池溫度T。
9. 一種蓄電池，其與一個模塊相組合，所述模塊被如此地加以設置，使得依據權利要求 1至8中任一項所述的用於所述蓄電池的溫度調節的方法是可實施的。
10. -種機動車，其具有用於驅動所述機動車的電驅動電機和與所述電驅動電機相連 接的或者可連接的依據權利要求9所述的蓄電池。
【文檔編號】H01M10/63GK104094466SQ201280064570
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2012年11月7日 優先權日:2011年12月27日
【發明者】X·嚴, C·潘克伊維茨 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社