用于使電池的單池老化最小化的方法以及具有用于使電池的單池老化最小化的裝置的電池的制作方法
【專利說明】用于使電池的單池老化最小化的方法以及具有用于使電池的單池老化最小化的裝置的電池現(xiàn)有技術
[0001]本發(fā)明涉及一種用于使電池的單池老化最小化的方法以及一種具有用于使電池的單池老化最小化的裝置的電池。
[0002]具有電驅(qū)動裝置的機動車(EV，HEV，PHEV，等等)常常具有所謂的電化學單元電池(單池)，例如鋰離子單元電池或鐵金屬氫化物單元電池，作為用于電能充電的儲存器。在其作為能量儲存器的利用的狀態(tài)范圍中這些單池不是處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)下。也就是說，單池一方面以通常在μΑ或mA范圍中的電流放電。另一方面也有單池的不可逆的分解反應。因此結構進行反應導致改變的化學成分，其限制了單池的利用范圍。這些反應因此也稱為單池老化。單池老化取決于許多因數(shù)，所謂的老化或加速因數(shù)。其中作為最重要的因數(shù)是單池的溫度，但是也包括單池的充電狀態(tài)(SOC-State Of Charge)。這兩個因數(shù)決定性地確定日歷(實際的)老化，也就是說，與電池或單池的使用無關的老化。與使用相關的老化因數(shù)(所謂的周期性的老化)例如是流過的充電和放電電流，充電/放電行程，也包括溫度和其它的因數(shù)。單池老化例如可以針對可利用的電容C表達，即在時間點to電容C( t0) =CO ο在較晚的時間點受老化限定地C( t>t0)〈CO。
[0003]老化可以按照模型(抽象地)作為與老化因數(shù)和狀態(tài)相關的函數(shù)進行描述: C(t)=f(AFl，AF2，...，Z1，Z2，...C0，t)，
其中，AF1，AF2，等等...是所謂的老化因數(shù)。Z1，Z2，等等描述狀態(tài)，例如貯存，充電，放電，等等和t是時間。
[0004]類似的描述也可以針對單池的內(nèi)電阻的老化或其它的相關特性給出，單池在該特性的基礎上設計。
[0005]本發(fā)明的公開
按照本發(fā)明的用于使電池的單池老化減小到最低限度的方法包括探測描述電池的當前的狀態(tài)的電池參數(shù)，依據(jù)給定的老化模型和電池參數(shù)，檢查是否電池的狀態(tài)是一種老化狀態(tài)，在該老化狀態(tài)下電池的單池老化在周期性的充電或放電時比在靜止狀態(tài)下較小，在該靜止狀態(tài)下不進行電池的充電或放電，和如果電池處于一種這樣的老化狀態(tài)下，則電池周期性地部分地放電和部分地充電。
[0006]按照本發(fā)明的具有使電池的單池老化減小到最低限度的裝置的電池包括測量單元，其被設置用于探測描述電池的當前的狀態(tài)的電池參數(shù)，檢查單元，其被設置用于依據(jù)給定的老化模型和電池參數(shù)檢查是否電池的狀態(tài)是一種老化狀態(tài)，在該老化狀態(tài)下電池的單池老化在周期性的充電或放電時比在靜止狀態(tài)下較小，在該靜止狀態(tài)下不進行電池的充電或放電，和負載單元，其被設置用于，如果電池處于一種這樣的老化狀態(tài)下，則通過周期性的部分的放電和部分的充電對電池加負載。
[0007]按照本發(fā)明的方法或按照本發(fā)明的電池的特征在于減小的單池老化。這意味著這種電池或?qū)ζ鋺帽痉椒ǖ碾姵鼐哂刑岣叩膲勖?。因此產(chǎn)生尤其是成本優(yōu)勢、生態(tài)優(yōu)勢和改善的用戶方便性。
[0008]從屬權利要求示出本發(fā)明的優(yōu)選的擴展方案。
[0009]尤其地，電池的周期性的部分的放電和部分的充電通過諧振電路(振蕩電路)實施。通過諧振電路可以同時實現(xiàn)電池的部分的放電和部分的充電的時間上的同步，由此不需要附加的時鐘發(fā)生器。尤其地，一種利用一個線圈和一個電容作為振蕩元件的諧振電路，與許多其它的適合這種應用的能量儲存器不同，本身不經(jīng)歷單池老化。
[0010]有利的是，電池參數(shù)包括電池電流，電池電壓，電池溫度，充電狀態(tài)和/或單池年齡(壽命)。這些參數(shù)可以通過簡單的傳感器裝置探測，并且由此也實現(xiàn)成本有利的和可靠的實施。
[0011]此外有利的是，電池的周期性的部分的放電和部分的充電僅僅當電池被連接到充電設備上時才實施。在這種情況下電池的能量損失可以被補償，該能量損失通過電池的部分的充電和部分的充電產(chǎn)生。電池因此在任何時間點都保持可隨時使用。
[0012]同樣有利的是，在放電時由電池放出的能量被中間儲存起來用于電池的隨后的充電。由此可以減少用于電池的部分的充電所需要的能量。電池可以在較長的時間上儲存能量，如果沒有充電設備被連接的話，并且能量消耗被減小，如果充電設備被連接的話。
[0013]尤其地，電池的周期性的部分的放電和部分的充電僅僅當電池的充電狀態(tài)高于一個閾值時實施。電池的完全放電或在低于一個通過可能的另外的連接到電池上的部件所需要的能量含量下的電池的放電被避免。
[0014]有利的是，按照本發(fā)明的電池的負載單元包括諧振電路。通過諧振電路可以同時地實現(xiàn)電池的部分的放電和部分的充電的時間上的同步，由此不需要附加的時鐘發(fā)生器。尤其地，一種利用一個線圈和一個電容作為振蕩元件的諧振電路，與許多其它的適合這種應用的能量儲存器不同，本身不經(jīng)歷單池老化。
[0015]此外有利的是，具有使電池的單池老化減小到最低限度的裝置的電池是機動車電池，尤其是牽引電池。尤其是就此而言對電池提出高的功率要求，其中存在高的成本壓力。兩個要求通過按照本發(fā)明的電池控制。
[0016]尤其地，該電池是鋰離子單元電池或鐵金屬氫化物單元電池。這些單元電池(單池)在其單池老化方面具有對于該方法特別有利的特征。
[0017]附圖簡述
以下參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。附圖中:
圖1是在一個示例性的實施方式中按照本發(fā)明的方法的流程圖，和圖2是在一個示例性的實施方式中按照本發(fā)明的電池的示意圖。
[0018]本發(fā)明的實施方式
電池的單池老化，即總的老化由日歷的老化和周期性的老化產(chǎn)生。日歷的老化和周期性的老化在大多數(shù)電池中是可以重疊的。單池老化可以按照模型(抽象地)被描述為與老化因數(shù)和狀態(tài)相關的函數(shù)0?1^2...，21，22...，0)，0。在此4?14?2，等等.是先前所述的老化因數(shù)。Zl，Z2，等等描述狀態(tài)，例如貯存，充電，放電，等等和t是時間。在此，在電池中也具有電化學結構，其中描述電池的單池老化的函數(shù)的時間導數(shù)在一種運行狀態(tài)下具有最小值。因此單池老化的速度在這種運行狀態(tài)下是最小的。
[0019]在許多電池中表明，周期(=充電和放電行程)越小，則周期性的老化越小。如果同時通過循環(huán)作用，即通過電池的充電和放電，產(chǎn)生對日歷老化的抑制，那么純粹的貯存，如其通常發(fā)生的那樣，相對于具有小的周期的循環(huán)作用是較不利的。通過激發(fā)小的周期，也稱為微小周期，因此可以對于相應的電化學系統(tǒng)減小老化速度，或提高電池的壽命。
[0020]圖1示出在一個示例性的實施方式中按照本發(fā)明的用于使電池的單池老化最小化的方法的流程圖。方法優(yōu)選周期性地實施。
[0021]在第一方法步驟SI中實施探測電池參數(shù)，其描述電池I的當前的狀態(tài)。這種電池參數(shù)例如是電池電流，電池電壓，電池溫度，電池的充電狀態(tài)和/或單池年齡。通常探測電池參數(shù)，其作為描述電池I的單池老化的老化模型的基礎。電池參數(shù)可以通過合適的傳感器裝置探測。這種傳感器裝置在許多電池中已經(jīng)存在并且可以相應地利用。
[0022]在第二方法步驟S2中實施，依據(jù)給定的老化模型和電池參數(shù)，檢查是否電池的狀態(tài)是一種老化狀態(tài)，在該老化狀態(tài)下電池I的單池老化在周期性的充電或放電時比在靜止狀態(tài)下較小，在該靜止狀態(tài)下沒有實施電池的充電或放電。這種老化模型可以或者由理論上的考慮或者也借助于試驗順序來確定。因此例如多個結構相同的電池可以在不同的電池參數(shù)和狀態(tài)的框架中運行，以便在限定的時間段之后測量電池的老化(例如通過確定電容或內(nèi)電阻)和由此接近一個老化函數(shù)。
[0023]在此處描述的實施方式中老化模型通過老化函數(shù)描述，其依據(jù)探測的電池參數(shù)和至少一個電池狀態(tài)描述在時間變化上電池的最大電容。電池狀態(tài)在此處或者是第一狀態(tài)，在該狀態(tài)下電池周期性地充電或放電，或是第二狀態(tài)，在該狀態(tài)下電池不周期性地充電或放電。形成該老化函數(shù)的導數(shù)。該老化函數(shù)的導數(shù)可以被解讀為老化速度，即電容隨時間減小。基于當前的時間點，探測的電池參數(shù)和在假設第一狀態(tài)下形成一個第一結果值?；诋斍暗臅r間點，探測的電池參數(shù)和在假設第二狀態(tài)下形成第二結果值。第一結果值與第二結果值相比較。
[0024]如果第一結果值小于或等于第二結果值，那么電池處于一種老化狀態(tài)下，在該狀態(tài)下電池I的單池老化在周期性的充電或放電時大于或等于在靜止狀態(tài)下，在該靜止狀態(tài)下沒有實施電池的充電或放電。在這種情況下該方法返回到第一方法步驟SI。
[0025]如果第一結果值大于第二結果值，那么電池處于一種老化狀態(tài)下，在該老化狀態(tài)下電池I的單池老化在周期性的充電或放電時小于在靜止狀態(tài)下，在靜止狀態(tài)下不實施電池的充電或放電。方法轉(zhuǎn)到第三方法步驟S3。
[0026]在第三方法步驟S3中實施電池I的周期性的部分的放電和部分的充電。電池因此被帶到第一狀態(tài)，由此電池的單池老化相對于靜止