用于使电池的单池老化最小化的方法以及具有用于使电池的单池老化最小化的装置的电池的制作方法
【专利说明】用于使电池的单池老化最小化的方法以及具有用于使电池的单池老化最小化的装置的电池现有技术
[0001]本发明涉及一种用于使电池的单池老化最小化的方法以及一种具有用于使电池的单池老化最小化的装置的电池。
[0002]具有电驱动装置的机动车(EV，HEV，PHEV，等等)常常具有所谓的电化学单元电池(单池)，例如锂离子单元电池或铁金属氢化物单元电池，作为用于电能充电的储存器。在其作为能量储存器的利用的状态范围中这些单池不是处于稳定的平衡状态下。也就是说，单池一方面以通常在μΑ或mA范围中的电流放电。另一方面也有单池的不可逆的分解反应。因此结构进行反应导致改变的化学成分，其限制了单池的利用范围。这些反应因此也称为单池老化。单池老化取决于许多因数，所谓的老化或加速因数。其中作为最重要的因数是单池的温度，但是也包括单池的充电状态(SOC-State Of Charge)。这两个因数决定性地确定日历(实际的)老化，也就是说，与电池或单池的使用无关的老化。与使用相关的老化因数(所谓的周期性的老化)例如是流过的充电和放电电流，充电/放电行程，也包括温度和其它的因数。单池老化例如可以针对可利用的电容C表达，即在时间点to电容C( t0) =CO ο在较晚的时间点受老化限定地C( t>t0)〈CO。
[0003]老化可以按照模型(抽象地)作为与老化因数和状态相关的函数进行描述: C(t)=f(AFl，AF2，...，Z1，Z2，...C0，t)，
其中，AF1，AF2，等等...是所谓的老化因数。Z1，Z2，等等描述状态，例如贮存，充电，放电，等等和t是时间。
[0004]类似的描述也可以针对单池的内电阻的老化或其它的相关特性给出，单池在该特性的基础上设计。
[0005]本发明的公开
按照本发明的用于使电池的单池老化减小到最低限度的方法包括探测描述电池的当前的状态的电池参数，依据给定的老化模型和电池参数，检查是否电池的状态是一种老化状态，在该老化状态下电池的单池老化在周期性的充电或放电时比在静止状态下较小，在该静止状态下不进行电池的充电或放电，和如果电池处于一种这样的老化状态下，则电池周期性地部分地放电和部分地充电。
[0006]按照本发明的具有使电池的单池老化减小到最低限度的装置的电池包括测量单元，其被设置用于探测描述电池的当前的状态的电池参数，检查单元，其被设置用于依据给定的老化模型和电池参数检查是否电池的状态是一种老化状态，在该老化状态下电池的单池老化在周期性的充电或放电时比在静止状态下较小，在该静止状态下不进行电池的充电或放电，和负载单元，其被设置用于，如果电池处于一种这样的老化状态下，则通过周期性的部分的放电和部分的充电对电池加负载。
[0007]按照本发明的方法或按照本发明的电池的特征在于减小的单池老化。这意味着这种电池或对其应用本方法的电池具有提高的寿命。因此产生尤其是成本优势、生态优势和改善的用户方便性。
[0008]从属权利要求示出本发明的优选的扩展方案。
[0009]尤其地，电池的周期性的部分的放电和部分的充电通过谐振电路(振荡电路)实施。通过谐振电路可以同时实现电池的部分的放电和部分的充电的时间上的同步，由此不需要附加的时钟发生器。尤其地，一种利用一个线圈和一个电容作为振荡元件的谐振电路，与许多其它的适合这种应用的能量储存器不同，本身不经历单池老化。
[0010]有利的是，电池参数包括电池电流，电池电压，电池温度，充电状态和/或单池年龄(寿命)。这些参数可以通过简单的传感器装置探测，并且由此也实现成本有利的和可靠的实施。
[0011]此外有利的是，电池的周期性的部分的放电和部分的充电仅仅当电池被连接到充电设备上时才实施。在这种情况下电池的能量损失可以被补偿，该能量损失通过电池的部分的充电和部分的充电产生。电池因此在任何时间点都保持可随时使用。
[0012]同样有利的是，在放电时由电池放出的能量被中间储存起来用于电池的随后的充电。由此可以减少用于电池的部分的充电所需要的能量。电池可以在较长的时间上储存能量，如果没有充电设备被连接的话，并且能量消耗被减小，如果充电设备被连接的话。
[0013]尤其地，电池的周期性的部分的放电和部分的充电仅仅当电池的充电状态高于一个阈值时实施。电池的完全放电或在低于一个通过可能的另外的连接到电池上的部件所需要的能量含量下的电池的放电被避免。
[0014]有利的是，按照本发明的电池的负载单元包括谐振电路。通过谐振电路可以同时地实现电池的部分的放电和部分的充电的时间上的同步，由此不需要附加的时钟发生器。尤其地，一种利用一个线圈和一个电容作为振荡元件的谐振电路，与许多其它的适合这种应用的能量储存器不同，本身不经历单池老化。
[0015]此外有利的是，具有使电池的单池老化减小到最低限度的装置的电池是机动车电池，尤其是牵引电池。尤其是就此而言对电池提出高的功率要求，其中存在高的成本压力。两个要求通过按照本发明的电池控制。
[0016]尤其地，该电池是锂离子单元电池或铁金属氢化物单元电池。这些单元电池(单池)在其单池老化方面具有对于该方法特别有利的特征。
[0017]附图简述
以下参照附图详细描述本发明的实施例。附图中:
图1是在一个示例性的实施方式中按照本发明的方法的流程图，和图2是在一个示例性的实施方式中按照本发明的电池的示意图。
[0018]本发明的实施方式
电池的单池老化，即总的老化由日历的老化和周期性的老化产生。日历的老化和周期性的老化在大多数电池中是可以重叠的。单池老化可以按照模型(抽象地)被描述为与老化因数和状态相关的函数0?1^2...，21，22...，0)，0。在此4?14?2，等等.是先前所述的老化因数。Zl，Z2，等等描述状态，例如贮存，充电，放电，等等和t是时间。在此，在电池中也具有电化学结构，其中描述电池的单池老化的函数的时间导数在一种运行状态下具有最小值。因此单池老化的速度在这种运行状态下是最小的。
[0019]在许多电池中表明，周期(=充电和放电行程)越小，则周期性的老化越小。如果同时通过循环作用，即通过电池的充电和放电，产生对日历老化的抑制，那么纯粹的贮存，如其通常发生的那样，相对于具有小的周期的循环作用是较不利的。通过激发小的周期，也称为微小周期，因此可以对于相应的电化学系统减小老化速度，或提高电池的寿命。
[0020]图1示出在一个示例性的实施方式中按照本发明的用于使电池的单池老化最小化的方法的流程图。方法优选周期性地实施。
[0021]在第一方法步骤SI中实施探测电池参数，其描述电池I的当前的状态。这种电池参数例如是电池电流，电池电压，电池温度，电池的充电状态和/或单池年龄。通常探测电池参数，其作为描述电池I的单池老化的老化模型的基础。电池参数可以通过合适的传感器装置探测。这种传感器装置在许多电池中已经存在并且可以相应地利用。
[0022]在第二方法步骤S2中实施，依据给定的老化模型和电池参数，检查是否电池的状态是一种老化状态，在该老化状态下电池I的单池老化在周期性的充电或放电时比在静止状态下较小，在该静止状态下没有实施电池的充电或放电。这种老化模型可以或者由理论上的考虑或者也借助于试验顺序来确定。因此例如多个结构相同的电池可以在不同的电池参数和状态的框架中运行，以便在限定的时间段之后测量电池的老化(例如通过确定电容或内电阻)和由此接近一个老化函数。
[0023]在此处描述的实施方式中老化模型通过老化函数描述，其依据探测的电池参数和至少一个电池状态描述在时间变化上电池的最大电容。电池状态在此处或者是第一状态，在该状态下电池周期性地充电或放电，或是第二状态，在该状态下电池不周期性地充电或放电。形成该老化函数的导数。该老化函数的导数可以被解读为老化速度，即电容随时间减小。基于当前的时间点，探测的电池参数和在假设第一状态下形成一个第一结果值。基于当前的时间点，探测的电池参数和在假设第二状态下形成第二结果值。第一结果值与第二结果值相比较。
[0024]如果第一结果值小于或等于第二结果值，那么电池处于一种老化状态下，在该状态下电池I的单池老化在周期性的充电或放电时大于或等于在静止状态下，在该静止状态下没有实施电池的充电或放电。在这种情况下该方法返回到第一方法步骤SI。
[0025]如果第一结果值大于第二结果值，那么电池处于一种老化状态下，在该老化状态下电池I的单池老化在周期性的充电或放电时小于在静止状态下，在静止状态下不实施电池的充电或放电。方法转到第三方法步骤S3。
[0026]在第三方法步骤S3中实施电池I的周期性的部分的放电和部分的充电。电池因此被带到第一状态，由此电池的单池老化相对于静止