用于将电池转换成安全状态的方法和电池与流程

1.本发明涉及一种用于将电池转换成安全状态的方法和一种电池。


背景技术：

2.在日常生活的许多应用中，如今使用可再充电的电池进行电能供应。在此，除了带有固定安装的电池的设备(例如笔记本电脑)之外，也有许多带有所谓的更换包(wechselpack)的应用，例如电动工具、电动自行车、智能手机、摄像机等。由于这种更换包在大多数情况下购买起来非常昂贵，因此即使不再使用这种更换包，这种更换包也经常在起居室等中长期存放和保存，由此这种更换包可能容易被遗忘。由于这种持久的存放，可能无法识别或未及时识别电池的可能由老化引起的功能故障，例如液体泄露、放气、火灾风险、爆炸风险等。
3.de 102011120879 a1描述一种用于运行电池的方法，其中，电池监控单元根据预定义的边界条件在电池的至少一个单体电池单元(einzelzelle)的内部中释放反应物质，由此实现所述至少一个单体电池单元的电压降低或内部电阻的升高，以便最小化电池的火灾风险和/或爆炸风险。
4.de 102011103118 a1描述一种用于对车辆的电池进行自动放电的设备和方法，其中，自动放电能够借助至少一个放电电阻来执行，在没有要监控的信号的情况下自动激活所述至少一个放电电阻。


技术实现要素：

5.根据本发明的第一方面，提出一种用于将电池转换成安全状态的方法。在根据本发明的方法的第一步骤中，优选地借助分析处理单元求取电池的非使用时间段(nichtverwendungszeitraum)。这种非使用时间段应理解为如下时间段：在该时间段中，电池的用户或使用电池的设备的用户不主动使用所述电池或所述设备。在根据本发明的方法的第二步骤中，如果所求取的非使用时间段超过针对非使用时间段的预定义的阈值，则将电池自动放电直到预定义的放电极限为止。应当指出，放电过程不必必然地响应于达到预定义的阈值就立即实施，而是必要时相对于该时间点以适当的延迟开始。预定义的阈值例如是根据经验(empirisch)和/或基于模型求取的值，该值优选地在开发电池的过程中求取。预定义的值例如遵循电池的标称使用寿命和/或与其不同的电池参数。此外可能的是，预定义的阈值是从数据集提取的阈值，其中，该数据集包括多个预定义的阈值，所述多个预定义的阈值分别对应于与电池相关的不同边界条件。在这种情况下，分别使用的预定义的阈值因此优选地对应于数据组的如下阈值：所述阈值具有与关于电池存在的边界条件的最高一致性。
6.自动放电优选地通过根据本发明的分析处理单元启动，该分析处理单元例如激活用于电池的放电设备(例如放电电阻)。替代地或附加地，还可以设想，电池借助使用电池的设备进行放电，其方式为：由分析处理单元激活设备本身。特别有利地，在电池的期望的自
动放电的情况下如此激活这种设备，使得该设备对设备的周围环境不施加或仅施加轻微的干扰性影响。例如，这种干扰性影响是对电池周围环境中的人员的视觉和/或听觉的干扰和/或电池的强烈的热变化为了避免这种干扰，例如可以设想，激活设备的对外不可感知的或仅可略微感知的(部分)功能。
7.因此，根据本发明的方法提供以下特别优点：在较长期不使用的情况下，电池不会不受控制地转变成潜在危险(kritisch)状态，这可能例如由老化引起的化学过程产生，这还可能导致电池的电池单元内部的短路(例如通过跨接电池单元中的分离器，从而电池的阳极和阴极进行电接触)。尤其与堆放在例如起居室、地下室等中的电池驱动的小型设备结合地能够有利地使用根据本发明的方法，因为这种小型设备例如由于存放在抽屉等中而可能容易被遗忘，由此可能无法及时识别电池状态的潜在危险变化。电池状态的这种危险变化例如可能导致从电池中的液体泄漏和/或从电池中的放气和/或导致电池的爆炸和/或燃烧。与此无关地可以理解，根据本发明的方法也能够与不同于小型设备的设备结合使用。例如电动车辆(尤其是电动自行车和电动滑板车)、电动工具和其他设备可以考虑作为这种设备。
8.电池的自动放电优选地如此进行，使得从电池中提取至少如此多的电能，从而该电池不再能够转变成潜在危险状态。
9.优选的实施方式示出本发明的优选扩展方案。
10.优选地，基于电池的最后一次充电过程的时间点和/或电池的电压变化过程和/或电池的电流消耗来求取电池的非使用时间段。例如，电压的缓慢变化和/或电池中的小的电流消耗或不存在的电流消耗使得推断出未主动使用电池。替代地或附加地，还可以设想，基于电池的最后一次状况变化来求取电池的非使用时间段。轻微的或不存在的状况变化例如同样使得推断出未主动使用电池，尤其是当电池用于便携式设备(如智能手机、笔记本电脑、平板电脑、摄像机等)中时。此外可能的是，基于其他合适的标准来求取非使用时间段。
11.在本发明的一个有利构型中，该方法附加地具有下述步骤：基于非使用时间段的持续时间和/或电池的温度变化和/或电池的电压变化来求取电池的状态。关于温度变化和/或电压变化，优选地考虑在较长的时间段内(例如在电池的总使用时间段内)相应的程度和/或相应变化的频率。替代地或附加地，基于形状变化(例如，由于袋状电池(pouch-batterie)的膨胀等)和/或从电池中的气体逸出和/或电池中的湿气进入和/或充电循环的数量和/或充电状态和/或负载曲线和/或用于电池老化状态的模型来求取电池的状态。然后，根据所求取的电池状态来求取放电极限(例如直到电池的深度放电极限为止)和/或放电开始的时间点和/或用于电池放电的放电持续时间。为了求取电池的上述状态值(例如温度、电压等)，电池优选地具有多个传感器，所述多个传感器设置为用于测量电池的相应的进行状态描述的参数。优选地，关于电池的状态，考虑至少两个不同的状态类别(例如“好”和“坏”)，所求取的电池状态被归类到所述状态类别中。有利地，根据针对状态评估中涉及的相应电池参数的预定义的阈值进行所述归类。在电池状态分类为“好”的示例性情况下，由于电池在此没有任何危险变化，因此例如可以仅将电池放电至不低于电池的深度放电极限的程度，从而电池在稍后的时间点能够再次充电而没有功率损耗等。此外，在这种情况下
可以设想，将放电开始的时间点尽可能地推迟到将来，从而可以在不对电池充电或充满电的情况下立即实现随后的重新开始使用(nutzungsaufnahme)。在这种情况下，同样可以设想为电池设置相应长的放电持续时间(例如数天、数周或数月)，从而由此能够在重新开始使用的情况下至少提供一定的剩余能量。例如，当电池的非使用时间段已经超过电池的预定义的阈值、但是还没有求取到电池的其他危险变化(例如，没有形状变化和/或放气等)时，归类为在此所描述的状态“好”。相反，在确定电池发生危险变化的情况下(例如基于一个或多个传感器值，所述一个或多个传感器值超过一个或多个相对应的阈值)，将电池归类为示例状态“坏”是有利的，从而为了避免电池发生燃烧风险和/或爆炸风险等，进行电池的放电，优选地直到深度放电极限为止，并且立即开始并以尽可能短的持续时间实施放电过程。此外，可以设想，使用不同于此的和/或其他的(例如三个、四个、五个或更多)类别用于电池的状态(例如“不危险”、“潜在危险”和“非常危险”)，所述状态优选地分别分配有相匹配的用于使电池放电的措施。例如，当电池的一个传感器输出不可信值(即，例如在这些值的期望范围之外运动和/或具有非常快速的变化的值)时，存在潜在危险状态，而电池的另一传感器提供可信值。在这种情况下，相应于此地可能的是，输出不可信值的传感器具有缺陷，从而在这种情况下不必必须假定电池问题。相应地可能的是，用于处理相应电池状态的措施能够分别最佳地匹配于电池的当前状态。
12.有利地，在低于对电池状态的最低要求的情况下(例如在电池参数的危险偏差的情况下)，阻止电池的再充电和/或执行电池的自动放电直到预定义的放电极限为止。通过阻止电池的再充电，有利地可以持久地停用已经处于危险状态中的电池，从而在放电过程之后既不能有意地也不能无意地对其进行充电。响应于低于对电池状态的最低要求而进行电池的自动放电提供以下优点：当电池的当前非使用时间段尚未达到用于电池的非使用时间段的预定义的阈值，但是电池的潜在危险状态已经存在时，也开始放电过程。以这种方式，尤其可以将如下电池置于安全状态：这些电池例如从出厂起和/或由于损坏和/或由于不当使用等而过早地具有问题状态和/或危险状态。
13.在本发明的一种有利构型中，根据本发明的方法附加地具有用于输出关于所求取的电池状态的信息的步骤。该信息还可以借助一个或多个led显示，其中，电池的相应状态能够通过相应led的相应激活状态和/或颜色和/或闪烁码来表示。替代地或附加地，还可以通过有源显示器(例如led显示器等)和/或无源显示器(例如电子纸显示器等)来输出关于电池状态的信息，其中，这种显示器优选地但是并不排他地是使用该电池的设备的显示器。此外，原则上可以使用任何其他技术来光学显示电池状态。除了关于电池状态的信息之外，附加地可以通过上述光学接口向电池的用户输出合适的操作建议。例如，这可以是在电池已经借助根据本发明的方法进行放电之后清除电池的请求。替代地或附加地，还可以设想，将关于电池状态的信息以声学的方式输出，例如借助警告音或警告音序列一次或反复地输出。
14.此外，可以向电池的用户输出关于电池的计划放电时间点和/或关于电池的完成的放电过程的信息。这优选地借助电池的和/或使用电池的设备的上述光学和/声学接口之一来进行。
15.特别有利地，将关于电池的相应信息(即关于状态和/或关于放电时间点和/或关于完成的放电过程等的信息)经由使用电池的设备的通信接口传输至电池的或设备的用
户。这优选地借助从现有技术中已知的无线电标准(例如nfc、蓝牙、wlan、移动无线电等)来进行，并且可以例如以文本消息、电子邮件消息、推送消息等的形式在用户的接收设备(例如智能手机、智能手表、pc、平板pc等)中输出。
16.在本发明的一种优选构型中，在多个步骤中执行电池的放电，其中，在执行相应的放电步骤之前等待与相应的放电步骤相对应的非使用时间段。以这种方式可以实现，电池越长时间不使用，就逐步地将该电池置为被越强烈保护的状态(因为相应地逐步提取电能)。同时，在尽可能长的时间段内在电池中保留一定的剩余能量，所述剩余能量在重新开始使用电池时相应地可供使用。
17.在本发明的一种特别有利的构型中，进行电池的放电，直到高于电池深度放电极限的放电极限为止。这特别是在以下情况下能够有意义地应用：电池虽然为了进行保护而应尽量放电，但是其状态和/或其预测性地未来状态被归类为非危险，从而从技术角度看应长期地能够实现稍后的开始使用。由于将预定义的放电极限选择得高于深度放电极限，因此提供用于深度放电极限的缓冲，当电池在达到预定义的放电极限之后仍未使用且电池由于该电池的自放电效应而继续放电时可能需要该缓冲。通过该缓冲实现，即使在达到预定义的放电极限之后，电池也仅在进一步的非使用时间段之后才进入潜在地有问题的深度放电极限的范围。因此，重新开始使用电池直到由于自放电效应而达到深度放电极限为止能够在放电过程之后的较长时间段内进行，而没有电池的功率损耗。例如，基于预定义的缓冲值或基于电池的当前的状态和/或电池的预测性地未来的状态来求取缓冲的大小或至深度放电极限的间距。
18.根据本发明的第二方面，提出一种具有至少一个电池单元和分析处理单元的电池。电池优选为移动设备(智能手机、家用电器、电动工具、娱乐电子设备、电动自行车等)的电池，而电池由此并不限于用于上述设备类型。电池的标称电压优选对应于最大60v的电压、优选最大24v的电压并且特别优选最大12v的电压，而电池并不由此限于上述电压值。在根据本发明的电池方面，相应使用的电池技术同样不受限制。分析处理单元例如构型为asic、fpga、处理器、数字信号处理器、微控制器等，并且例如是电池管理系统的软件组件和/或硬件组件、独立计算单元或使用电池的设备的组件。分析处理单元设置用于求取电池的非使用时间段，并且如果所求取的非使用时间段超过预定义的阈值则将至少一个电池单元自动放电直到预定义的放电极限为止。此外，分析处理单元设置用于实施上述根据本发明的方法的所有构型，尤其是基于实现该方法的计算机程序。特征、特征组合以及由此产生的优点明显对应于与最先提到的本发明方面相结合地实施的那些，从而参考上述实施方案以避免重复。
附图说明
19.下面参照附图详细描述本发明的实施例。附图示出：
20.图1示出阐明根据本发明的方法的一个实施例的步骤的流程图；和
21.图2示出根据本发明的电池结合使用该电池的设备的部件的示意性概览。
具体实施方式
22.图1示出阐明根据本发明的方法的一个实施例的步骤的流程图。从流程图的起始
节点s开始，在根据本发明的方法的步骤100中求取电池10的非使用时间段t，然后将所述非使用时间段与用于非使用时间段的预定义的阈值ts进行比较。在此，基于电池10的最后一次充电过程的时间点来求取非使用时间段。
23.对于所求取的非使用时间段t未超过预定义的阈值ts的情况，在步骤100中继续根据本发明的方法。对于所求取的非使用时间段t超过预定义的阈值的情况下，在步骤200中继续该方法。在步骤200中，在考虑用于电池10的放电规则(entladevorschrift)40的情况下，将电池10放电直到预定义的放电极限为止。求取用于电池10的放电规则40，其方式为：首先在同样从起始节点s开始的步骤120中基于电池10过去的温度变化、电池10的形状变化、从电池10中的气体逸出、电池10中的湿气进入以及已经发生的电池充电循环数量来求取电池10的状态con。在随后的步骤140中，基于步骤140中电池的状态con求取用于电池10的放电规则40，该放电规则包括关于放电极限、关于放电开始的时间点以及关于放电持续时间的信息。
24.对于电池10的所求取的状态con不低于对电池10的状态的最低要求min的情况，在步骤120中继续该方法。对于电池10的状态con低于对电池10的状态的最低要求min的情况，在步骤200中继续该方法。
25.在根据本发明的方法的步骤200中，对电池10进行放电直到在步骤140中已求取的放电极限为止。放电开始的时间点和放电持续时间同样从放电规则40提取。
26.基于电池10的在此求取为危险的状态，将放电极限确定为电池10的深度放电极限的值。
27.此外，在实施该方法的分析处理单元30的永久存储单元中设置标志(flag)，通过该标志阻止电池10的未来的再充电。
28.在放电过程即将结束之前，通过使用电池10的设备的无线通信接口，借助文本消息告知电池10的用户自动放电即将完成。
29.在放电过程结束之后，根据本发明的方法最终在终止节点e中结束。
30.图2示出根据本发明的电池10结合使用电池10的设备20的部件的示意性概览。电池10具有多个串联连接的电池单元15，经由这些电池单元向设备20的用电器25提供总电池电压。电池10还具有微控制器形式的分析处理单元10，该分析处理单元与状况传感器(lagesensor)60和放电设备50电连接。借助状况传感器60，分析处理单元10设置为用于求取电池10的非使用时间段t并且将其与预定义的阈值ts进行比较。在非使用时间段t超过预定义的阈值ts的情况下，分析处理单元10激活放电设备50，该放电设备在此由放电电阻组成，从而电池10的电能通过放电电阻消耗并且电池10由此放电直到预定义的放电极限为止。