多个电池单元的单元对称化方法和执行该方法的电池系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于多个电池单元的单元对称化的方法，并且此外还涉及一种电 池系统，所述电池系统被构建为实施这样的方法。
【背景技术】
[0002] 电化学蓄能器、譬如锂离子电池在许多日常应用中广泛流行。这些电化学蓄能器 例如在如膝上型电脑的计算机、移动电话、智能电话中和在其他应用中被采用。即使在车 辆(如机动车辆）电动化目前迅猛向前推进的情况下，比方说在电动车辆或者混合动力车辆 中，这样的电池也显现出优点。
[0003] 锂离子电池、例如比方说用于汽车使用范围的锂离子电池常常包括多个单个电池 单元。为了提高电压水平或者电流水平，这些单元彼此并联地或者串联地接线并且以机械 方式被联合成模块。此外，电池管理系统用于监控电池并且除了安全监控之外还要能够实 现尽可能长的使用寿命。
[0004] 例如为了延长使用寿命，公知的是，使电池单元的充电状态彼此匹配。该过程也被 称作单元对称化或单元平衡化（Zel 1-Balancing)。
[0005] 从文献US 2011/0163720 Al中例如公知一种机动车辆，该机动车辆具有电动机、 电池、针对驾驶员的接口和一个或多个控制单元。在此设置，当电池的电池单元的充电状 态存在不平衡性时，对用于驾驶员的接口发出警告并且根据应答调整（angleichen)充电状 态。在此，基于自放电率例如可以对充电状态进行调整。
[0006] 文献JP 2008-295250此外还描述了一种用于监控电池单元的充电状态的均匀性 的方法。在此，在充电期间和在放电期间算出（ermitteln)电池单元的单元电压，并且通过 控制单元在放电回路中执行电池单元的选择性放电。
【发明内容】
[0007] 本发明的主题是一种用于多个电池单元的单元对称化的方法，其具有如下方法步 骤： a) 在存在预定义的用于算出电池单元的充电状态的边界条件的前提下确定多个电池 单元的每个电池单元在时间点1^时的充电状态； b) 在存在预定义的用于算出电池单元的充电状态的边界条件的前提下确定多个电池 单元的每个电池单元在时间点t2时的充电状态，其中可选的时间段处于t 1与12之间； c) 基于在方法步骤a)和b)下所算出的充电状态确定多个电池单元的自放电率的相对 差异； d) 确定多个电池单元的每个电池单元在时间点13时的充电状态；以及 e) 对多个电池单元实施单元对称化，其中 el)电池单元的单元对称化基于如下需求进行：当在存在预定义的用于算出电池单元 的充电状态的边界条件的前提下可算出电池单元在时间点一时的充电状态时，该需求在直 接考虑电池单元在时间点t3时的充电状态的情况下被算出；或者其中 e2)电池单元的单元对称化基于如下需求进行：当不在存在预定义的用于算出电池单 元的充电状态的边界条件的前提下可算出电池单元在时间点一时的充电状态时，该需求在 考虑多个电池单元的自放电率的相对差异的情况下被算出。
[0008] 在此，前面所描述的方法步骤原则上可以按前面所描述的顺序或者至少部分同时 地进行，其中然而该方法在本发明的意义下不必限于上面提到的顺序。
[0009] 通过前面所描述的方法能够实现的是，在不知晓尤其是串联连接的电池单元的容 量的情况下也能够实现基于电池单元的充电状态的单元对称化，使得由于单元对称化引起 的充电时的损耗特别小。在此，充电状态尤其是要被理解为在给定容量的情况下电池单元 充满电的单位为％的份额。
[0010] 前面所描述的方法因此用于补偿多个电池单元的充电状态或使多个电池单元的 充电状态彼此匹配。这些电池单元在此尤其是以本身已知的方式被布置在一个电池模块中 或构造这个，并且在此比方说串联地或者并联地接线。在此，该方法可以涉及一组电池单 元，即例如涉及电池模块的电池单元的一部分，或者比方说涉及所有布置在一个电池模块 中的电池单元。
[0011] 对电池单元彼此间的单元对称化通过如下方式例如可以是必需的：这些单元可 以具有不同的自放电率，并且由此在一定的时间段内可以不同的改变单元彼此间的充电状 态。此外，各个电池单元的容量也可以比方说由于生产分散性（Produktionsstreuung)而 彼此偏差。该效应可能可以在使用寿命开始时被忽略，但是在使用寿命的过程中由于单元 老化中的差异而被增大，并且导致电池单元之间的若干百分比的容量差异。
[0012] 为了防止这一点，通过借助前面所描述的方法执行的单元对称化可以实现：各个 电池单元的充电状态（state of charge, S0C)尽管自放电不同并且如果有这种情况则容 量不同还彼此相协调。在此，尤其是单元的充电状态彼此相协调，包括电池单元的电池模块 的充电状态比方说可以被限定为在电池单元的所有充电状态上的最小值。
[0013] 充电状态的补偿在此可以按时间间隔根据电池单元的状态、例如其寿命来进行。 通常，可以按为一周或者以上、例如两周的间隔对充电状态进行补偿，其中这些值绝对不是 限制性的。原则上，当电池单元的充电状态的差异在阈值之上时，可以对电池单元的充电状 态进行补偿。
[0014] 为了实现这一点，前面所描述的方法根据方法步骤a)包括：在存在预定义的用于 算出电池单元的充电状态的边界条件的前提下确定多个电池单元的每个电池单元在时间 点心时的充电状态。换言之，确定多个电池单元的每个电池单元的充电状态。该方法步骤 基于的是：一个电池模块中的各个电池单元的充电状态比方说由于不同的容量或者自放电 率(如这在前面详细阐述的那样）可彼此偏差，使得要算出这些电池单元的每个电池单元的 充电状态。
[0015] 在此，可以算出电池单元的充电状态，如对于本领域技术人员原则上公知的那样。 例如，可以算出电池单元的充电状态，其方式是：算出相对应的电池单元的相应的单元电 压，以便这样基于所存储的放电曲线来算出与电压相对应的充电状态。
[0016] 电池单元的充电状态在存在预定义的边界条件的前提下被算出。因此，在前面所 描述的方法中，只有当相对应的电池单元处于能够实现特别精确地算出充电状态的状态下 时，才接着算出该充电状态。例如，为此可以设置：电池单元具有至少一个预确定的充电状 态或者存在于弛豫的（relaxiert)状态下，即已经历过某个静止阶段或恢复阶段。在此，相 对应的预确定的边界条件可以与具体的应用情况匹配，使得在每种应用中并且对于每个事 件都可能特别精确地确定充电状态。
[0017] 此外，该方法根据方法步骤b)还包括：在存在预定义的用于算出电池单元的充电 状态的边界条件的前提下确定多个电池单元的每个电池单元在时间点t 2时的充电状态，其 中可选的并且例如预定义的时间段处于^与t2之间。因此，在持续时间（例如并且不是限 制性地一周）之后，在首先确定在时间点h时的充电状态之后再一次确定在时间点1 2时的 充电状态，使得在限定的时间段内可算出电池单元的自放电或自放电差异。原则上，在t 到、之间的时间段可以与电池的具体应用范围、先前的补偿过程和使用的强度（即持续时 间和/或强度）有关。关于在时间t2时的测量的边界条件的细节，参阅前面已提到的在时 间h时的实施方案，其中要遵守的边界条件在两个测量中尤其应该是相同的，以便能够实 现特别精确的测量。因此又优选的是，电池单元的充电状态在预确定的值之上，例如电池单 元充满电。此外，还可以优选的是，电池单元存在于弛豫的状态下。
[0018] 根据方法步骤c)，前面所描述的方法此外还包括：基于在方法步骤a)和b)下所 算出的充电状态确定多个电池单元的自放电率的相对差异。该方法步骤基于的是，一个电 池模块中的各个电池单元的自放电率可彼此偏差，使得应算出在最好的情况下为电池单元 的每个电池单元的自放电率。自放电在此意思是以本身已知的方式由自己进行的过程，即 使没有连接电负载