用于运行电池模块的方法与流程

1.本发明涉及一种用于运行尤其在电驱动车辆中的具有多个电池单池的电池模块的方法，其中获知各个电池单池的单池电压。当在运行时间点不能够测量电池单池的单池电压时，根据本发明的方法尤其允许故障情况下的电池模块的另外的运行。


背景技术：

2.电驱动的车辆的电池系统的现代的电池模块具有多个电池单池。电池模块设计为，使得各个电池单池相互串联连接，以便可以提供足够高的电压。在车辆运行时，用于驱动车辆并且用于给另外的消耗器供电的电池单池被放电。但在车辆静止的情况下，也发生电池单池的自放电形式的很小的放电。
3.电池单池的放电在此不必均匀地发生。电池单池的电压因此不是都处于相同的水平中。其原因是各个单池的不同的自放电和不同老化。随着老化的增长，电池单池更快速地放电。具有最高的电压的电池单池确定充电过程的结束，并且具有最小的电压的电池单池确定放电过程的结束。
4.现代的电驱动的车辆具有电池管理系统，电池管理系统包含监控功能和从部件保护到乘客安全的诊断功能。尤其地，各个电池单池的单池电压被测量和监控。如果在电池系统中出现故障，那么故障必须尽可能快地被识别，并且采取措施。车辆在故障情况下不必立即被切断，因为这会为后面的交通带来安全危险。根据故障严重程度，车辆被转移至紧急运行中，并且还可以以减小的功率进一步行驶特定的时间，直到发现安全的停车位置，或在严重的故障中、例如在电池单池短路时开启电池保护，并且车辆仅还滑行。
5.在自动的电驱动的车辆，尤其在自动往返交通工具或机器人出租车中，没有驾驶员，其在故障情况下可以进行干预，以便将车辆安全地从危险区域机动出来。车辆必须能够自行决定如何处理当前的故障，例如是否可以继续行驶到下一个服务站或终点站，或者是否必须立即停止。必要时可决定，车辆是否可以以相同的功率继续运行，或者是否以减小的功率和减小的速度继续运行。
6.基于测量线路的故障，不再能够测量相关的电池单池的单池电压。这在现代的车辆中由于安全原因导致切断整个电池系统或切断相关的电池模块并且因此导致更小的行驶运行。这意味着，车辆仅还可以以减小的功率和进而减小的速度继续行驶。紧急运行能够实现，安全地离开街道，并且可以将车辆停放在停车场或紧急停靠处，或也还到达下一个车间。针对自动行驶存在不同的安全等级，其此外在出现故障之后的不一样长的行驶路径方面有所不同。


技术实现要素：

7.提出了一种用于运行具有多个电池单池的电池模块的方法。电池单池在此尤其电气串联连接。电池模块例如安装在电驱动的车辆中，其中测量各个电池单池的单池电压。当在运行时间点不能够测量电池模块的电池单池的单池电压时，根据本发明的方法在此尤其
用于确保电池模块在故障情况下的进一步的运行。根据本发明的方法在此包括至少一个随后提到的步骤。
8.在步骤a）中，在开始时间点获知各个电池单池的单池电压。电池单池的在开始时间点获知的单池电压例如是电池单池的在开始时间点本身或在处于开始时间点之前的测量时间点被测得的电压。电池单池的在开始时间点获知的单池电压也可以由多个测量值计算出，测量值在开始时间点之前的多个测量时间点被记录。
9.在开始时间点以及在处于开始时间点之前的测量时间点，电池模块是完好的。尤其不存在测量线路的中断，并且可以测量所有电池单池的所有单池电压。各个电池单池的单池电压的在开始时间点获知的值有利地被存储。
10.在步骤b）中，在开始时间点从电池单池的在开始时间点获知的单池电压获知平均的单池电压。平均的单池电压例如获知为各个电池单池的单池电压的所有获知的值的算数平均值。因此获知的平均的单池电压也有利地被存储。
11.在步骤c）中，当在运行时间点不能够测量相关的电池单池的单池电压时，在运行时间点估计至少一个电池单池的单池电压。当在电池模块中出现故障时，实施步骤c），由于故障，不再能够测量相关的电池单池的单池电压。当相关的电池单池和测量电路之间的测量线路中断时，则例如出现这样的故障。
12.在此，在估计相关的电池单池的单池电压时，考虑到相关的电池单池的在开始时间点获知的单池电压、在开始时间点获知的平均的单池电压和在运行时间点获知的平均的单池电压。在此，在运行时间点获知的平均的单池电压从剩余的完好的电池单池的在运行时间点测得的单池电压获知。
13.在估计相关的电池单池的单池电压时，尤其在仍然可以直接测量单池电压时考虑到，在出现故障之前，电池单池具有哪个单池电压。也考虑到，剩余的完好的电池单池的单池电压如何在持续运行时改变。在此假定，以类似的方式改变相关的电池单池的单池电压。
14.根据本发明的有利的设计方案，在步骤b）之后并且在步骤c）之前，即尤其还在出现故障之前（由于故障不再能够测量至少一个电池单池的单池电压）还实施随后提到的步骤。
15.首先，上方的阈值“so”获知为在开始时间点获知的平均的单池电压“ms”和公差值“t”的总和。所述公差值例如通过测量电路的已知的测量精度预设。上方的阈值如下地计算出：so=ms+t。
16.此外，下方的阈值“su”获知为在开始时间点获知的平均的单池电压“ms”和公差值“t”的差。所述公差值例如通过测量电路的已知的测量精度预设，并且相应于前述的公差值。下方的阈值如下地计算出：su=ms
‑
t。
17.随后，将其在开始时间点的单池电压高于上方的阈值的电池单池归类为好的电池单池。
18.同样，将其在开始时间点的单池电压小于下方的阈值的电池单池归类为差的电池单池。
19.也将其在开始时间点的单池电压小于上方的阈值或等于上方的阈值并且高于下
方的阈值或等于下方的阈值的电池单池归类为中性的电池单池。
20.在实施步骤c）之前，即尤其在出现故障之前（由于故障不再能够测量至少一个电池单池的单池电压），因此发生电池模块的电池单池的归类。
21.有利地，在实施步骤c）时，好的电池单池的单池电压在运行时间点估计为在运行时间点获知的平均的单池电压“mb”与好的电池单池的在开始时间点获知的单池电压“us”和在开始时间点获知的平均的单池电压“ms”的差的总和。好的电池单池的在运行时间点估计的单池电压“ub”如下地计算出：ub=mb+us
‑
ms。
22.好的电池单池的在开始时间点获知的单池电压大于在开始时间点获知的平均的单池电压。因此，好的电池单池的在运行时间点被估计的单池电压也大于在运行时间点获知的平均的单池电压。
23.在此优选地，当好的电池单池的在运行时间点被估计的单池电压大于上方的极限值时，停止对好的电池单池的充电。上方的极限值在此与也被称为“charging voltage limit”（cvl）的最大允许的充电电压有关。上方的极限值例如是最大允许的充电电压的90%。以该方式，可靠地防止由于对其单池电压在运行时间点不能够被测量的好的电池单池的过度充电导致的损坏。
24.当好的电池单池的在运行时间点估计的单池电压大于上方的极限值时，也可以停止对电池模块的所有电池单池的充电。
25.有利地，在实施步骤c）时， 差的电池单池的单池电压在运行时间点估计为在运行时间点获知的平均的单池电压“mb”与差的电池单池的在开始时间点获知的单池电压“us”和在开始时间点获知的平均的单池电压“ms”的差的总和。好的电池单池的在运行时间点估计的单池电压“ub”如下地计算出：ub=mb+us
‑
ms。
26.差的电池单池的在开始时间点获知的单池电压小于在开始时间点获知的平均的单池电压。因此，差的电池单池的在运行时间点估计的单池电压也小于在运行时间点获知的平均的单池电压。
27.在此优选地，当差的电池单池的在运行时间点估计的单池电压小于下方的极限值时，停止对差的单池电池的放电。在此，下方的极限值与也被称为“discharging voltage limit”的最小允许的充电电压有关。下方的极限值例如是最小允许的充电电压的110%。以该方式，可靠地防止由于对其单池电压在运行时间点不能够被测量的差的电池单池的深度放电导致的损坏。
28.当差的电池单池的在运行时间点估计的单池电压小于下方的极限值时，也可以停止对电池模块的所有的电池单池的放电。
29.有利地，在实施步骤c）时，中性的电池单池的单池电压在运行时间点估计为在运行时间点获知的平均的单池电压“mb”。中性的电池单池的在运行时间点估计的单池电压“ub”如下地计算出：ub=mb。
30.在此优选地，当中性的电池单池的在运行时间点估计的单池电压大于上方的极限值时，和/或当至少一个好的电池单池的在运行时间点被测量的单池电压大于上方的极限
值时，停止对中性的电池单池的充电。在此，上方的极限值与也被称为“charging voltage limit”的最大允许的充电电压有关。上方的极限值例如是最大允许的充电电压的90%。以该方式，可靠地防止由于对其单池电压在运行时间点不能够被测量的中性的电池单池的过度充电导致的损坏。
31.当中性的电池单池的在运行时间点估计的单池电压大于上方的极限值时，也可以停止对电池模块的所有的电池单池的充电。
32.在此优选地，当中性的电池单池的在运行时间点估计的单池电压小于下方的极限值时，和/或当至少一个差的电池单池的在运行时间点被测量的单池电压小于下方的极限值时，停止对中性的电池单池的放电。在此，下方的极限值与也被称为“discharging voltage limit”（dvl）的最小允许的充电电压有关。下方的极限值例如是最小允许的充电电压的110%。以该方式，可靠地防止由于对其单池电压在运行时间点不能够被测量的中性的电池单池的深度放电导致的损坏。
33.当中性的电池单池的在运行时间点估计的单池电压小于下方的极限值时，也可以停止对电池模块的所有的电池单池的放电。
34.根据本发明的方法此外有利地使用在纯电动车、混动车、插电式混动车或电单车的电池模块中。但也可想到其他的使用。
35.通过根据本发明的方法可以实现在电池模块或电动车运行时的安全性的明显的提高。根据本发明的方法尤其允许，即使当不再能够测量电池模块的电池单池的单池电压时，仍然在特定的条件下进一步运行电池模块和电动车。尤其在没有附加的硬件耗费的情况下实现安全性的所提到的提高。仅需要适配例如在电池管理系统中的软件。
36.因此，根据本发明的方法首先可以廉价地实现。所有重要的测量值在电池管理系统中已经存在，并且仅还必须相应被处理。在对电池单池进行归类时，可以根据应用并且以人工智能方法实施不同的电池单池的任意的聚类。通过安全阈值、例如上方的极限值和下方的极限值实现的安全等级是可个体化地适配的。通过根据本发明的方法例如可以确保，往返交通工具此外准时到达下一停靠站，并且能够继续行驶直到到达终点站或服务站，在那里可以进行维修。也可以实现更高的有效距离。该方法与电池大小和电池模块结构、尤其电池单池的连接方式（串联或并联）无关。
附图说明
37.本发明的实施方式根据附图和随后的描述详细阐述。其中：图1示出了具有多个电池单池的电池模块的示意图；图2示出了用于示出在开始时间点的电池模块的电池单池的单池电压的图表；并且图3示出了用于运行电池模块的方法的示意图。
具体实施方式
38.在随后对本发明的实施方式的描述中，相同的或类似的元件用相同的附图标记表示，其中在个别情况下取消对这些元件的重复描述。附图仅示意性地示出本发明的主题。
39.图1示出了具有多个电池单池2的电池模块5的示意图。电池单池2当前电气串联连
接。每个电池单池2包括电极单元，电极单元分别具有阳极和阴极。电极单元的阳极与电池单池2的负的端子连接。电极单元的阴极与电池单池2的正的端子连接。为了串联连接电池模块5的电池单池2，电池单池2的负的端子分别与相邻的电池单池2的正的端子电连接。
40.电池模块5也包括测量电路50。测量电路50用于测量电池模块5的电池单池2的单池电压u，并且用于测量电池模块5的总电压uges。电池模块5的总电压uges当前相应于各个电池单池2的单池电压u的总和。电池单池2借助测量线路与测量电路50连接。
41.图2示出了用于示出在开始时间点的图1所示的电池模块5的电池单池2的单池电压us的图表。在开始时间点，电池模块5是完好的，尤其地，一个测量线路都没中断，并且可以测量在开始时间点的所有电池单池2的所有单池电压us。
42.从电池模块5的所有电池单池2的所有在开始时间点获知的单池电压us获知在开始时间点的平均的单池电压ms。将在开始时间点的平均的单池电压ms获知为在各个电池单池2的开始时间点的单池电压us的所有获知的值的算数平均值。
43.随后，上方的阈值so获知为在开始时间点获知的平均的单池电压ms和公差值t的总和。同样，下方的阈值su获知为在开始时间点获知的平均的单池电压ms和公差值t的差。在当前的示例中，公差值t是相同的，公差值用于获知上方的阈值so和下方的阈值su。所提到的公差值t例如通过测量电路50的已知的测量精度预设。
44.随后，将其在开始时间点的单池电压us高于上方的阈值so的电池单池2归类为好的电池单池2。同样，将其在开始时间点的单池电压us小于下方的阈值su的电池单池2归类为差的电池单池2。也将其在开始时间点的单池电压us小于上方的阈值so或等于上方的阈值so并且高于下方的阈值su或等于下方的阈值su的电池单池2归类为中性的电池单池2。如从图表可看到的那样，当前将八个电池单池2归类为中性的电池单池2，将电池单池2归类为好的电池单池2，并且将电池单池2归类为差的电池单池2。
45.当电池单池的在运行时间点被测量的单池电压ub大于最大允许的充电电压cvl时，停止对电池单池2的充电。当电池单池的在运行时间点被估计的单池电压ub大于上方的极限值go时，停止对电池单池2的充电。上方的极限值go例如是最大允许的充电电压cvl的90%。以该方式可靠地防止由于对电池单池2的过度充电导致的损坏。
46.当电池单池的在运行时间点被测量的单池电压ub小于最小允许的充电电压dvl时，停止对电池单池2的放电。当电池单池的在运行时间点被估计的单池电压ub小于下方的极限值gu时，停止对电池单池2的放电。下方的极限值gu例如是最小允许的充电电压dvl的110%。以该方式可靠地防止由于对电池单池2的深度放电导致的损坏。
47.图3示出了用于运行电池模块5的方法的示意图。
48.在起始步骤100中，在开始时间点获知电池模块5的电池单池2的单池电压us。在开始时间点，从电池单池2的在开始时间点获知的单池电压us获知平均的单池电压ms。同样，上方的阈值so获知为在开始时间点的平均的单池电压ms和公差值t的总和。同样，下方的阈值su获知为在开始时间点的平均的单池电压ms和公差值t的差。
49.在随后的步骤101中，将其在开始时间点的单池电压us高于上方的阈值so的电池单池2归类为好的电池单池2。同样，将其在开始时间点的单池电压us小于下方的阈值su的电池单池2归类为差的电池单池2。同样，将其在开始时间点的单池电压us小于上方的阈值so或等于上方的阈值so并且高于下方的阈值su或等于下方的阈值su的电池单池2归类为中
性的电池单池2。
50.在随后的步骤102中，在运行时间点出现故障。例如，电池模块5的测量线路中断。由于该故障，在运行时间点不再能够测量至少一个电池单池2的至少一个单池电压ub。在图1所示的电池模块5中，测量线路的中断也可以导致，在运行时间点不再能够测量两个相邻的电池单池2的单池电压ub。
51.在随后的步骤103中，电池管理系统根据所有可用的测量值确定存在哪种类型的故障。
52.例如，当在其中一个电池单池2中存在短路时，短路电流在相关的电池单池2中流动，短路电流导致电池单池2的强的温度升高。电池管理系统记录温度升高，在步骤103中推断出电池单池2中的短路，并且随后在步骤109中切断电池模块5。
53.例如，当在电池模块5中，在电池单池2之间存在导体中断时，不再能够测量总电压uges，或电池管理系统假定地测量电池模块5的大约零伏特的总电压uges。在步骤103中，电池管理系统推断出电池模块5中的导体中断，并且随后在步骤109中切断电池模块5。
54.在步骤109中切断电池模块5之后，电池模块5的运行和车辆的行驶运行则以最终步骤110结束。
55.如果没有测得表明短路的温度升高，并且如果电池模块5的总电压uges此外是可测量的，并且提供可靠的测量值，那么电池管理系统在步骤103中推断出电池单池2和测量电路50之间的测量线路的中断。
56.在该情况下，在随后的步骤104中，在运行时间点估计其单池电压ub在运行时间点基于测量线路的中断不再能够被测量的相关的电池单池2的单池电压ub。
57.在随后的步骤105中，实现电池模块5的进一步的运行，同样实现车辆的进一步的行驶运行。
58.电池模块5的运行和车辆的行驶运行在随后的时间点以最终步骤110结束。
59.本发明并不局限于在此描述的实施例和在其中强调的观点。相反地，在通过权利要求说明的范围内，在本领域范围内的多个修改方案是可能的。