用于调节电池系统的输出电压的方法以及被构造用于执行所述方法的电池系统与流程

本发明涉及一种用于调节具有多个电池单池的电池系统的输出电压的方法，所述电池单池被如此地电连接，即电池系统的电池单池相应地可以被接入电池系统中和可以被电跨接，其中，为了使电池系统的实际输出电压与额定输出电压相匹配，产生至少一种接通概率并且具有所述至少一种产生的接通概率的电池单池被接入电池系统中。

此外，本发明涉及一种电池系统，该电池系统包括多个电连接的电池单池、多个控制电路和用于调节电池系统的、通过电池单池提供的输出电压的调节单元，其中为电池单池分别分配控制电路中的一个控制电路并且所述电池单池可以相应地借助于所述控制电路被接入电池系统中或者可以被电跨接。

背景技术：

为了满足在电池系统的容量和/或功率方面对电池系统的要求，已知将电池单池彼此电连接起来。尤其在此已知，将多个电池单池电串联成一个电池串并且又将这些电池串彼此电并联起来。为了通过电池系统提供要求的输出电压，此外已知将电池系统的这样的电池串和/或各个电池单池接入电池系统中，使得这些电池单池为输出电压提供电压贡献。同样，为了提供所要求的输出电压，已知将电池系统的电池单池电跨接，用于通过这种方式将电池单池与电池系统分开，使得这些电池单池不为电池系统的输出电压提供电压贡献。

在此成问题的尤其是，各个电池单池尤其出于制造技术的原因关于其容量和其内电阻具有偏差，因而电池单池一般来说具有彼此有别的充电状态。

从公开文献KR2003-92464、KR2007-66293和US2005/053092中已知电池系统，电池系统包括多个电池单池，其中为了使电池系统的实际输出电压与电池系统的预先给定的额定输出电压相匹配而随机地接通或者切断各个电池单池并且由此要么为电池系统的输出电压做出电压贡献要么没有为其做出电压贡献。

此外，在现有技术中已知，产生一种接通概率，其中具有这种接通概率的电池单池被接入电池系统中。如果电池系统例如被构造用于提供400伏特的最大的输出电压，其中所有电池单池为了提供输出电压而彼此相连接，并且如果要求300伏特的额定输出电压，那就预先给定75%的接通概率，用于达到预先给定的额定输出电压。

这种输入电压有利地通过电池系统的中央的通信总线与电池单池或者电池单池的相应的控制电路进行通信。尤其在此已知，每个电池单池本身确定为电池单池分配的品质因数，该品质因数例如可能取决于这个电池单池的电池单池电压、电池单池的电池单池温度和/或电池单池的充电状态（SOC（充电状态）：State of Charge）。

而后在考虑电池单池的品质因数和预先给定的接通概率下，将电池单池接入电池系统中。在此，平均地设定额定输出电压。这种方法的缺点在于，可能出现这种情况，即电池单池被如此地切换，从而出现实际输出电压与额定输出电压的大的偏差。这一点而后通过调节机构通过以下方式修正，即对接通概率相应地进行调整。但是，在此可能出现实际输出电压的不希望的偏差值。

技术实现要素：

针对这种背景，本发明的任务是，改进对电池系统的输出电压的调节。尤其应该实现使电池系统的实际输出电压更好地与额定输出电压相匹配。在此，应该有利地避免实际输出电压与额定输出电压的巨大的偏差。

本发明的公开：

为了解决所述任务，建议一种用于调节具有多个电池单池的电池系统的输出电压的方法，所述电池单池被如此地电连接，即所述电池系统的电池单池相应地可以被接入电池系统中和可以被电跨接，其中为了使电池系统的实际输出电压与额定输出电压相匹配，产生至少一种接通概率并且具有所述至少一种产生的接通概率的电池单池被接入电池系统中，并且其中，为了使所述电池系统的实际输出电压与所述额定输出电压相匹配，附加地产生至少一种断开概率并且具有所述至少一种产生的断开概率的电池单池被电跨接。也就是说，在按照本发明的方法中，有利地，为了将电池单池接入电池系统中和在电池系统内电跨接电池单池，即在一定程度上为了接通和断开电池系统的电池单池，传输两种不同的概率。所述接通概率在此是应该将被电跨接的电池单池接入电池系统中的概率。相反，断开概率是应该将被接入电池系统中的电池单池电跨接的概率。电池系统的电池单池有利地总是或者被接入电池系统中或者被电跨接，其中电池单池可以通过所述连接的变化、尤其是通过对开关元件的控制从一种连接状态转变为另一种连接状态，即例如可以从连接状态“被电跨接”转变为连接状态“被接入电池系统中”。

如果电池系统的一个电池单池被接入电池系统中，那么这个电池单池有利地为电池系统的输出电压提供电压贡献。在给电池系统充电时，此外有利地给被接入电池系统中的电池单池再充电。

如果电池系统的一个电池单池被电跨接，那么这个电池单池有利地没有为电池系统的输出电压提供电压贡献。在给电池系统充电时，此外有利地没有给被电跨接的电池单池再充电。

如果接通概率或断开概率被传递到电池单池上，是否电池系统的电池单池被接入电池系统中或被电跨接，有利地依赖于被分配给电池单池的品质因数进行决定，该品质因数尤其可以取决于电池单池的充电状态和/或电池单池温度和/或电池单池电压。

有利地，至少一种接通概率分别由一个接通概率函数产生。至少一种断开概率有利地分别由一个断开概率函数产生。接通概率函数和断开概率函数在此有利地分别是与电池系统的额定输出电压和实际输出电压的差相关的函数。也就是说，接通概率函数提供的接通概率或断开概率函数提供的断开概率取决于电池系统的实际输出电压与额定输出电压相偏差的程度。

按照本发明的一个设计方案变型，接通概率函数和/或断开概率函数是非线性的函数。按照本发明的一个优选的设计方案，接通概率函数和断开概率函数是线性的函数。

尤其规定，接通概率函数和断开概率函数关于一个对称轴线是镜像对称的，该对称轴线通过（这种）点延伸，在该点处，额定输出电压与实际输出电压相等。尤其规定，接通概率函数和断开概率函数在此是线性的函数。

按照本发明的方法的另一个有利的设计方案规定，如果实际输出电压大于额定输出电压，则至少一种接通概率等于零，和/或如果实际输出电压小于额定输出电压，则至少一种断开概率等于零。按照这个有利的设计方案，因此规定，对于额定输出电压大于实际输出电压的情况，仅仅被电跨接的电池单池允许被接入电池系统中，但是不允许任何被接入的电池单池被跨接。相反，对于额定输出电压小于实际输出电压的情况，仅仅被接入电池系统中的电池单池允许被电跨接。

按照本发明的方法的一个优选的设计方案变型，为了使电池系统的实际输出电压匹配于额定输出电压，分别产生一种接通概率和分别产生一种断开概率，其中，如果实际输出电压小于额定输出电压，则接通概率大于断开概率，和其中，如果实际输出电压大于额定输出电压，则断开概率大于接通概率。在该设计方案变型中尤其规定，电池单池分别通过半桥配置结构被连接到电池串上，其中，通过控制至少一个开关元件电池单池被接入电池系统中或电池单池被电跨接。

按照本发明的方法的另一个有利的设计方案变型规定，电池单池到电池系统中的接入对于每个电池单池来说可以或者以正的极性或者以负的极性实施，其中，为了使实际输出电压匹配于额定输出电压，产生正的接通概率并且具有产生的正的接通概率的电池单池以正的极性被接入电池系统中和/或产生负的接通概率并且具有产生的负的接通概率的电池单池以负的极性被接入电池系统中和/或产生正的断开概率并且电池单池以正的极性以产生的正的断开概率被电跨接和/或产生负的断开概率并且电池单池以负的极性以产生的负的断开概率被电跨接。尤其在此规定，电池单池在全桥配置结构中被连接到电池系统的电池串上。

有利地，在按照本发明的方法的这个设计方案变型中，为了将电池单池接入电池系统中和为了跨接电池系统的电池单池，传输不同的概率，以切换电池单池。

正的接通概率在此有利地是被跨接的电池单池应该以正的极性被接入电池系统中的概率。

负的接通概率在此有利地是被跨接的单池应该以负的极性被接入电池系统中的概率。

正的断开概率在此有利地是被接入电池系统中的电池单池应该以正的极性被跨接的概率。

负的断开概率在此有利地是被接入电池系统中的电池单池应该以负的极性被跨接的概率。

在此尤其规定，接通概率和断开概率是具有符号的。正的接通概率在此最好具有正的符号，负的接通概率具有负的符号。正的断开概率有利地具有正的符号，负的断开概率具有负的符号。

如果例如实际输出电压小于额定输出电压，被跨接的电池单池被接入电池系统中的概率变高和被接入电池系统中的电池单池被跨接的概率变低。被选择的用于产生相应的接通概率和断开概率的函数最好是对称地构成的，特别优选地由线性的函数构成。

为了解决开头所提到的任务，此外建议一种电池系统，该电池系统包括多个电连接的电池单池、多个控制电路和用于调节电池系统的、通过电池单池提供的输出电压的调节单元，其中为电池单池分别分配了控制电路之一并且电池单池可以分别借助于控制电路被接入电池系统中或者可以被电跨接，其中电池系统有利地被构造用于执行按照本发明的方法。

尤其规定，电池系统是被构造用于提供对于混合动力车、插电式混合动力车或者电动车的运行来说所需要的电能的电池系统。电池单池在此有利地是次级的电池单池，也就是说能再充电的蓄电池单池、优选是锂离子电池。

尤其规定，电池系统具有至少一个电池串，其中电池串分别包括多个电池单池。优选电池系统具有多个电池串，其中电池串有利地是电并联的。

按照本发明的电池系统的一种特别有利的设计方案规定，电池系统包括至少一个电池串，其中电池单池相应地在半桥配置结构中被连接到电池系统的电池串上。

按照本发明的电池系统的另一种特别有利的设计方案规定，电池系统包括至少一个电池串，其中电池单池相应地在全桥配置结构中被连接到电池系统的电池串上。通过全桥配置结构，电池系统的电池单池有利地相应地如此地电连接，即通过改变开关位置该电池单池针对该电池系统可以用正极性接入电池系统中，可以用负极性接入电池系统中，可以用正极性被跨接和可以用负极性被跨接，其中电池单池有利地-除了开关力矩本身之外-处于这些开关状态之一中。

按照本发明的电池系统的另一种特别有利的设计方案规定，为一个电池单池分配的控制电路包括至少一个开关元件、至少一个驱动器、至少一个微控制器电路和至少一个接口。微控制器电路在此有利地被构造用于，通过至少一个接口接收至少一种接通概率和/或至少一种断开概率。以外，微控制器电路有利地被构造用于，在至少一种接通概率和/或至少一种断开概率的基础上产生控制信号。将这种控制信号有利地传输给至少一个驱动器。驱动器在此有利地被构造用于，依赖于产生的控制信号来转换至少一个开关元件。尤其规定，开关元件是晶体管、优选是MOSFEF（MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）：metal oxide semiconductor field-effect transistor）。尤其此外规定，电池系统包括总线系统，优选CAN总线（CAN（控制器局域网络）：Controller Arial Network），通过CAN总线相应地将至少一种接通概率和转换概率传输给电池单池，优选集中地传输。

电池系统有利地包括一种电池管理系统。电池管理系统在此优选包括调节单元。尤其规定，电池管理系统的调节单元、优选电池控制单元（BCU：Battery Control Unit）被构造用于，产生至少一种接通概率和/或至少一种断开概率。在此向调节单元尤其输送实际输出电压和额定输出电压。在此，依赖于额定输出电压与实际输出电压的差来有利地从接通概率函数中产生至少一种接通概率和/或从断开概率函数中产生至少一种断开概率。至少一种接通概率和至少一种断开概率在此有利地是对输出电压的调节的调节量。

附图说明

结合在附图中示出的实施例对本发明的其它有利的细节、特征和设计方案细节进行详细解释。在此：

图1在简化的示意图中示出一种用于按照本发明的电池系统的实施例；

图2在简化的示意图中示出另一种用于按照本发明的电池系统的实施例；

图3在示意图中示出一种用于按照本发明的一种方法的、用于产生接通概率的接通概率函数和用于产生断开概率的断开概率函数的实施例；

图4在示意图中示出另一种用于按照本发明的一种方法的、用于产生接通概率的接通概率函数和用于产生断开概率的断开概率函数的实施例；

图5在示意图中示出另一种用于按照本发明的一种方法的、用于产生接通概率的接通概率函数和用于产生断开概率的断开概率函数的实施例；

图6在简化的示意图中示出一种用于按照本发明的一种方法的、用于产生相应的接通概率和断开概率的正的接通概率函数，负的接通概率函数，正的断开概率函数和负的断开概率函数的实施例；和

图7在简化的示意图中示出另一种用于按照本发明的一种方法的、用于产生相应的接通概率和断开概率的正的接通概率函数，负的接通概率函数，正的断开概率函数和负的断开概率函数的实施例。

具体实施方式

在图1中示出的电池系统1包括多个电连接的电池单池2，其中出于更简明的原因仅仅示出了一个电池单池2连同为该电池单池2分配的控制电路10。电池单池2连同控制电路10的这种布置结构在此如通过在电池系统的电池串6中的用圆点象征性地示出的那样多次重复。

电池单池2在图1所示出的实施例中可以在半桥配置结构7中通过电池串6接入电池系统1中或者可以被电跨接。这一点在此取决于开关元件14的开关位置。开关元件14在此通过为相应的电池单池2分配的控制电路10来控制。开关元件14在此尤其可以通过晶体管来实现。相应地为电池单池2分配的控制电路10在此包括接口11、微控制器电路12和驱动器13。

电池系统1此外包括调节单元16，其中电池系统1的电池控制单元有利地构造为调节单元。在此作为输入参量向调节单元16输送电池系统1的实际输出电压3。调节单元16在此被构造用于，依赖于实际输出电压3和预先给定的额定输出电压产生接通概率和断开概率。该接通概率和断开概率在此通过电池系统1的通信总线15传输给控制电路10，这在图1中象征性地通过在调节单元16和接口11之间的箭头示出。

在此通过接口11将接通概率和断开概率传输给微控制器电路12。微控制器电路12有利地被构造用于，确定为电池单池2分配的品质因数。尤其电池单池参数、如尤其是电池单池的电池单池电压、电池单池温度和充电状态进入到这种品质因数的确定中。好的电池单池状态在此导致高的品质因数，差的电池单池状态导致低的品质因数。

此外，微控制器电路12被构造用于，在接收的接通概率、接收的断开概率和为电池单池2分配的品质因数的基础上确定，是否电池单池2应该接入电池系统1中或应该被电跨接。如果品质因数高，那么这就有利于将电池单池2接入电池系统1中。如果品质因数低，那么这就有利于电池单池2的跨接。微控制器电路12在此为了跨接电池单池2或者为了将电池单池2接入电池系统1中将相应的开关信号发送给驱动器13，该驱动器而后相应地切换开关元件14。

图2示出了一种有利的在图1中示出的并且结合图1所解释的电池系统1的设计变型方案。在此，与在图1中示出的实施例不同，电池系统1的电池单池2通过全桥配置结构8连接在电池串6上。全桥配置结构8在图2中在此示意地示出。通过全桥配置结构8，电池单池2可以有利地或者用负极性或者用正极性被接入电池系统1中。在这种情况下，具有相反极性的电池单池可以有利地通过其它的电池单池充电，由此可以有利地实施自主的电量平衡。此外，电池单池2可以用负极性跨接或者用正极性跨接。调节单元16在此有利地被构造用于，产生正的接通概率，负的接通概率，正的断开概率和负的断开概率。

按照一种有利的未示出的实施变型方案，可以规定，电池系统的一些电池单池在半桥配置结构中被连接到电池系统的电池串上并且这个电池系统的另一些电池单池在全桥配置结构中被连接到这个电池系统的电池串上。

在图3至图7中在简化示出的x-y-坐标系中有利地示出用于接通概率函数和断开概率函数的实施例，按照本发明的方法的实施的范围中，由其可以产生接通概率或断开概率。在此接通概率函数和断开概率函数是ΔU的函数，其中，ΔU是由电池系统的额定输出电压和实际输出电压构成的差。也就是说，每个值ΔU被分配一种具体的接通概率P_EIN或一种具体的断开概率P_AUS。

接通概率P_EIN或断开概率P_AUS在y-轴上标出，用于ΔU的值在x-轴上标出。在此尤其规定，用于ΔU的值在y-轴的左边是负的，即在y-轴左边的实际输出电压大于额定输出电压。

图3示出一个用于接通概率函数4和断开概率函数5的有利的实施例，由该函数分别产生接通概率或断开概率。接通概率函数4和断开概率函数5在此是ΔU的函数，其中，ΔU是由电池系统的额定输出电压和实际输出电压构成的差。

接通概率函数4和断开概率函数5在图3中示出的实施例中关于由y-轴形成的对称轴17是对称的，该对称轴通过（这种）点延伸，在该点处额定输出电压等于实际输出电压。尤其规定，接通概率和断开概率可以分别具有在“0”和“1”之间的值。

如由图3中可以看见的，在该实施例中接通概率函数和断开概率函数是线性的函数。如果实际输出电压小于额定输出电压，即ΔU是正的，那么接通概率P_EIN大而断开概率P_AUS小。相反，如果实际输出电压大于额定输出电压，即ΔU是负的，那么接通概率P_EIN小于断开概率P_AUS。

图4示出用于接通概率函数4和断开概率函数5的另一个有利的实施例，该函数相对于轴17非镜像对称地构成。

图5示出用于接通概率函数4和断开概率函数5的另外的有利的实施例，其中规定，如果实际输出电压大于额定输出电压，则接通概率P_EIN等于零。此外规定，如果实际输出电压小于额定输出电压，则初始概率P_AUS等于零。

图6和图7示出用于正的接通概率函数18，负的接通概率函数19，正的断开概率函数20和负的断开概率函数21的有利的设计方案，它们可以用于产生正的接通概率P_EIN，负的接通概率P_EIN，正的断开概率P_AUS和负的断开概率P_AUS，尤其在一种电池系统中，在该电池系统中电池单池在全桥配置结构中连接，如尤其在结合图2下解释的那样。在此尤其规定，负的接通概率函数提供具有负的符号的接通概率P_EIN和负的断开概率函数提供具有负的符号的断开概率P_AUS。

在图7中示出的实施例中接通概率P_EIN以及断开概率P_AUS自一定的用于ΔU的值起被限制在一个最大的值22或一个最小的值23上。

在图中示出的并且结合这些图解释的实施例用于解释本发明并且对本发明来说不是限制性的。