用于运行电池的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于运行具有多个电池单池的电池的方法，其中在部分负载运行中一部分电池单池位于充电运行和/或放电运行中。此外，本发明涉及具有控制装置和多个电池单池的电池。
【背景技术】
[0002]例如在电驱动的车辆中使用具有锂基电池单池的电池。所述锂基电池单池可以诸如是锂聚合物电池单池。其在完全充电的情况下具有大约4.20V的单池电压。可以以更大的电流承载能力来制造这样的单池。为了实现在汽车领域中所要求的高于10kW的功率并且提升电池的电压，串联连接诸如一百个或者更多这样的电池单池。在此使用的直流电压于是处于诸如400V。在调用尖峰功率的情况下，典型地有三位数的安培范围中的电流流动。典型地，电驱动车辆的发动机需要三相电流。已知的是，从电池的直流电流中通过逆变器来生成所述三相电流。另一种途径利用具有分级可调的输出电压的电池系统而可行。所述电池系统使用这样的电池模块，其分别包含至少一个电池单池和作为到电池的耦合元件的半导体整流电路。这样的电池模块在支路中被组合为多相的变流器电池，所述变流器电池同时包含电池单池。通过适当地操控半导体整流电路而无需用于运行三相电流发动机的附加逆变器就可以使用所述变流器电池。所述变流器电池被称作电池直接逆变器(BatteryDirect Inverter，BDI)。在该结构形式中，也出现大的电流和电压，但是在放电运行或充电运行中的模块的所有电池单池并不总是这样。存在这样的变流器电池的变型，其中电池模块感应式地耦合连接到其相应的支路中。这导致电池模块彼此间的电隔离。既在电池的充电情况下又在其放电情况下，由于电池的内部电阻而产生损耗热。可能需要从电池中排出损耗热，因此单池的温度不被允许超过一定的极限值。特别地，锂基电池类型对此是敏感的。在大电流的情况下，出现最大的热负荷。如果电池被装入到车辆中，则在行驶运行中也出现大电流，但是通常不是连续的、而是仅仅在尖峰负荷时(诸如在交通灯处起动(Ampelstart)那样)短时地出现。在山中行驶的情况下，也可能较长地出现这样的状态。电流负荷也依赖于车辆类型和驾驶员的行驶风格。相比于小型的用于运输至工作地点的日常车辆而言，带有运动型驾驶员的运动型车辆通常被更多地要求。在具有多个电池单池的传统电池的情况下，总的系统电流流过所有的单池。因此，所有的电池单池总是以相同程度被加负荷。相应地，每个电池单池也基本上产生相同的损耗热。因此，电池的热管理可以对于所有的电池单池而言以相同的方式执行。对于上面描述的具有多个在支路中可连接在一起的电池模块的变流器电池而言，这样的用于所有电池单池的相同类型的热管理却不是最优的。
【发明内容】
[0003]提出一种用于运行具有多个电池单池的电池的方法，其中根据事先对于电池和电池单池发生了什么，并且在此尤其是根据所涉及的电池单池经受了什么温度或什么样的温度变化或什么样的电荷吸收或电荷输出，电池的所有电池单池的部分被充电和/或放电。
[0004]典型的运行状态是部分负载运行，其中电池的电池单池的一部分被转移到静止状态中，在所述静止状态中所述电池单池不吸收或输出电流。于是，电池并没有提供其用于放电的全部效率，或者在充电的情况下并没有吸收最大可能的电荷量。于是，电池的所有电池单池的仅仅一部分与外部接线端子耦合。在外部接线端子处，电池可以被放电和/或充电。这可以在时间上相继进行，这也适用于单个的电池单池。如果电池被装入至车辆中，则可以进行放电以用于行驶和加速，同时可以通过回收刹车能量来引起充电。也可以借助外部的充电设备来进行单池的充电。
[0005]按照本发明的方法的优点是，可以使用电池单池用于充电或放电，所述电池单池为此在热上处于特别合适的状态。例如，由于较长时间的电流输出或电流吸收而面临过热的电池单池可以由另一处于在热上非临界状态的电池单池来代替。此外可以考虑的是，有针对性地加热电池单池，其方式是，持续地通过电流取出或电流吸收来对其加热负荷。例如在电池或其中可以装入这样电池的车辆冷起动的情况下，这可以是有助的。
[0006]从属权利要求示出本发明的优选扩展方案。
[0007]在所述方法的实施方式中，测量至少一个、多个或所有电池单池的温度。为了运行电池单池，存在阈值温度，在超过阈值温度的情况下电池单池有危险或者单池的运行变得安全临界。在此，通常涉及上阈值温度和下阈值温度，允许的运行温度位于其之间。如果电池单池离开允许范围达到阈值温度，则该单池可以出于安全考虑而与外部接线端子隔离，从而其不再被放电或充电。为了保证无干扰地进一步运行电池，根据该实施方式，另一单池与外部接线端子连接，所述另一单池在热临界的单池达到阈值温度的时刻不与外部接线端子隔离。下阈值温度可以尤其是诸如0°c。
[0008]在所述方法的另一实施方式中，电池单池与外部接线端子连接，所述电池单池的温度位于阈值温度之间并且因此关于温度处于允许的运行状态中。尤其是，该电池单池的温度并不非常接近阈值温度之一，而是优选地该电池单池尤其在电池密集运行的情况下明显比已经超过上阈值温度的单池冷，或者当要从运行中取出的单池被过冷却时，该电池单池比其暖。
[0009]在所述方法的另一实施方式中，电池单池的一部分比电池单池的另一部分被更强地冷却。在此，可以静态地(诸如通过经由固体至热沉的良好热传导)或者动态地(例如通过主动通风或冷却剂循环)来从电池单池中排出热量。通过对单池的不同部分的不同冷却，在电池的运行方式中得出更多的结构回旋余地。尤其是，相比于较少地强冷却的、例如可以用作备用的电池单池而言，被更好冷却的电池单池更为可用。在寒冷环境中运行时，例如在冬天，可以关掉主动冷却。这也适用于所有其它的实施方式。
[0010]经常地，在运行开始时，并不要求电池的全部负载，尤其在放电情况下不做这种要求。在所述方法的另一实施方式中，因此在例如可以被装入至电动车辆中的电池开始运行时，在部分负载运行中，所有电池单池的仅仅特定部分被放电和/或充电，或者至少优选被放电和/或充电。这例如可以在着手行驶运行或者在冷电池情况下开始充电过程时是有意义的，以便尽可能顺利地加热待充电的单池并且快速地达到电池的有利运行状态，例如完全的功率输出或最大的电流吸收。因此，利用电池单池的一部分可以在有利的运行状态下工作，同时逐渐地其它电池单池可以被带入到该状态中。这实现了电池的顺利的开动以充电或放电。有利地，还可以放弃加热元件，所述加热元件用于从一开始就运行的电池单池。其它的电池单池通常利用加热元件被加热。与之相对地，根据现有技术电池整体地被加热。
[0011]在所述方法的另一实施方式中，电池单池的一部分与电池单池的另一部分以不同的温度运行。以这种方式可以冷却电池单池，同时加热其它电池单池，这总体上可以减少用于冷却电池的能量开销，因为加热的电池的温度可以比均匀冷却的电池单池的温度高，这导致更快的热量排出。这例如可以这样实现，即为电池单池的一部分设置被动冷却。
[0012]在本发明的另一方面中提出一种电池，其具有多个电池单池、控制装置和用于每个电池单池的、将电池单池与电池的接线端子相连接的耦合装置，其中所述控制装置和耦合装置被设立为实施前面所描述的方法之一。
[0013]在所述电池的实施方式中，电池的电池单池中的多个可以串联地组合。以这种方式得出支路，在所述支路的端部之间可以根据在所述支路中连接多少个电池单池来施加不同的电压。优选地，电池具有多个这样的支路。所述电池可以通过这些支路和与电池单池的相应的耦合和解耦来产生可变的电压变化曲线并且作为变流器来起作用。
[0014]在所述电池的另一实施方式中，电池单池的一部分比电池单池的另一部分更好地耦合于热沉以从一个或多个电池单池中排出热量。这实现了，与较差热耦合的电池单池相比较，在热方面更好耦合的电池单池在放电和充电情况下可以更强地被加负荷。最后提到的电池单池的部分因此可以例如满足备用功能或者可以用于很少发生的或类似的任务。总体来说，扩展了使用或控制这样的电池的可能性。
【附图说明】
[0015]下面参考附图详细地描述本发明的实施例。在附图中:
[0016]图1示出电池的第一实施方式的示意图，
[0017]图2示出第二实施方式的示意图，和
[0018]图3示出按照本发明的用于运行电池的方法流程的示意图。
【具体实施方式】
[0019]图1示意性地示出在第一实施方式中作为变流器实施的电池I的构造。电池I包含三个支路10、20和30，它们分别包含多个串联连接的电池单池1-1、1-2、...、l-n、2-l、
2-2、...、2-n 或 3-1、3-2、...、3_n。支路 10、20、30 的端部分别与另一支路 10、20、30 的端部一起连接在连接点40上。该连接点优选与地电位50串禹合。利用电池I可以运行电动机M。电动机M经由主开关S可以与电池I相连接或相隔离。主开关S对于每个支路10、20、30包含一个开关，支路10、20、30利用所述开关可以与电动机M相隔离。电池单池1_1、1-2、...、l-n、2-l、2-2、...、2-n 或 3-1、3-2、...、3-n(下文中和在权利要求中 1_1、...、
3-n)分别可以与其所属的支路10、20、30电隔离或与其电连接。为此，电池单池1_1、...、3-n中的每一个具有耦合装置，利用所述耦合装置可以向支路10、20、30的总电压添加电池单池1-1、...、3-n的电压或者可以从支路中断开电池单池1-1、...、3-n，其方式是，可用于将电池单池1-1.....3-n与支路10、20、30相连接的接线端子被短路，以便不使所述支路中断。同时，电池单池1-1、...、3-n自身与支路10、20、30电隔离并且因此也与该短路电隔离。因此，在支路10、20、30的每一个上可以调节电压，所述电压根据在支路10、20、30中接通的电池单池1-1、...、3-n的数目来得出。因此，可以例如直接从电池I中以任意的频率生成三相交流电流并且提供给电动机M。通过适当地操控耦合装置，可以根据本发明引起根据电池单池1-1、...、3-n的热前史(Vorgeschic