用于蓄电池系统的替代电池单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于蓄电池系统的替代电池单元，其具有电路，所述电路构成为，识别蓄电池系统的均衡方法的均衡参数以及通过使用该均衡参数来实施所述替代电池单元的充电状态的自治的均衡，所述均衡方法用于在蓄电池系统的蓄电池单元之间的电荷均衡。
【背景技术】
[0002]用于电动车和/或混合动力车辆的蓄电池组或蓄电池系统由大量蓄电池单元组成。超过蓄电池组的寿命，这些蓄电池单元不同幅度地老化，从而最后老化最快的蓄电池单元确定蓄电池组的寿命。同样能够出现以下情况，即蓄电池组的一个或多个蓄电池单元故障。蓄电池单元的15年的售后义务对于蓄电池单元的当今制造商是一个问题，因为蓄电池单元基于其经受的按照日历的老化不能够在非常长的时间间隔上储存。蓄电池单元的再生产是困难的，因为15年之后基于技术进步不仅该蓄电池单元制造的原先原材料而且相应的制造装置本身都不可用。
[0003]如果例如在蓄电池组的首次调试10年之后导致在该蓄电池组中安装的蓄电池单元之一的失灵，那么能够基于:对于该蓄电池组的原先蓄电池单元不再可用:那么必须安装具有其他特征的更新一代的蓄电池组，这自然导致问题。例如可料想到的是，更新一代的蓄电池单元相比于有待代替的蓄电池单元在其能量以及其功率密度方面具有更高的性能数据。基于该更高的能量或功率密度该更新的蓄电池单元大多也具有更小的结构型式。如果现在尝试将更新一代的这样的蓄电池单元安装到更旧的蓄电池组中，那么典型地相比于更旧的蓄电池单元还例如产生以下区别:
[0004]更新的和更小的蓄电池单元由于其连接端(也就是其蓄电池端子)不再匹配蓄电池组。因为蓄电池单元在其寿命的开始并且电容相比于名义电容还没有由于老化下降，所以蓄电池单元也在相同的名义电容的情况下还具有更高的电容。此外所述蓄电池单元具有更小的内阻以及更小的自放电。
[0005]此外由这些区别引起新式蓄电池单元的电气性能，所述电气性能在将同样的蓄电池单元应用到更旧一代的蓄电池组的尝试中引起问题。例如更新的蓄电池单元基于其更小的自放电以及更高的电容在运行中更弱地放电。在充电中那么更新的蓄电池单元作为蓄电池组的蓄电池单元中的第一个达到最大电压并且由此结束充电过程，从而更旧的更弱的蓄电池单元不再完全充电。为了阻止这一点，蓄电池管理系统或者其中安装有新式蓄电池单元的蓄电池系统的均衡单元将该蓄电池单元以其均衡策略有意识地放电。基于更高的电容，更新的蓄电池单元那么自然要求更大部分的可用的均衡时间。这又导致:对于蓄电池组的更旧的蓄电池单元更少的均衡时间可用，并且蓄电池管理系统或蓄电池系统的均衡单元的均衡性能总体上不再足够，从而蓄电池组的总电容在短时间内已经如此程度地下降，使得蓄电池组即便具有一个或多个代替电池单元也不再满足15年的寿命边界。
【发明内容】
[0006]按照本发明提供一种用于蓄电池系统的替代电池单元，该蓄电池系统包括壳体，该壳体具有安置在所述壳体上的并且与替代电池单元电连接的两个蓄电池端子。
[0007]此外替代电池单元具有电路，所述电路构成为，识别所述蓄电池系统的均衡方法的均衡参数以及使用该均衡参数实施所述替代电池单元的充电状态的自治的均衡，所述均衡方法用于在蓄电池系统的蓄电池单元之间的电荷均衡。
[0008]如此设计的替代电池单元的优点在于，该替代电池单元能够安装并且在蓄电池系统或蓄电池组内使用(所述蓄电池系统或蓄电池组原先设计用于更旧一代的蓄电池单元)而在此不会损害相应的蓄电池系统或蓄电池组的均衡方法的高效能或效率或者不会降低蓄电池组的寿命。在此按照本发明的替代电池单元一一例如具有相比于已经安装的蓄电池单元更小的结构类型一一在一个壳体中实现，该壳体的尺寸、机械接口以及蓄电池端子实现了在一个更旧一代的蓄电池单元的蓄电池系统中的替代电池单元的安装和电气连接。此夕卜，按照本发明的替代电池单元能够适应更旧一代的蓄电池单元的蓄电池系统的均衡方法的均衡参数并且使用上述均衡方法的特征均衡参数来实施其自身的自治的均衡。由此可能的是，提供一种替代电池单元，所述替代电池单元能够安装在蓄电池系统或蓄电池组中，而不会对于蓄电池组的更旧的蓄电池单元更少的均衡时间可用，并且蓄电池管理系统或蓄电池系统的均衡性能总体上对于有效的蓄电池单元均衡是足够的。在按照本发明的替代电池单元的安装中因此同样没有导致蓄电池组的总电容的降低，由此能够实现对于整个蓄电池组的15年的寿命边界。
[0009]优选地，均衡参数包括均衡电流和/或均衡持续时间和/或均衡间隔。这些参数是最重要的均衡参数，通过这些参数均衡方法的准确描述是可能的。在蓄电池系统的大多被动的均衡方法的范围中，以稳定的电流、在固定的时间上、以确定的间隔将蓄电池系统的更大幅度充电的蓄电池单元的电荷在负载电阻上转化为热。在此，例如在均衡过程期间流过的电流的平均水平能够称为均衡电流，能够将在均衡过程期间均衡电流流过的平均持续时间称为均衡持续时间。均衡间隔描述了在两个均衡过程之间的平均时间间隔。所有三个所述参数对于蓄电池系统的相应的均衡方法是表征性的。
[0010]在一个优选实施形式中，所述电路具有控制单元和/或用于所述替代电池单元的自治的均衡的局部的均衡开关电路。优选地，该控制单元构成为控制局部的均衡开关电路。通过在替代电池单元内的这种局部的均衡开关电路，除了通过蓄电池管理系统或蓄电池系统一一在该蓄电池系统中安装按照本发明的替代电池单元一一的均衡单元均衡的可能之外还存在另外的可能，即独立于蓄电池系统或蓄电池系统的蓄电池管理系统来均衡或者放电所述蓄电池单元。
[0011]优选地，所述局部的均衡开关电路具有至少一个开关装置和与该开关装置串联连接的负载电阻，其中所述两个蓄电池端子在所述替代电池单元的壳体上经由所述局部的均衡开关电路的至少一个开关装置相互是可电连接的。特别优选地，将开关装置构成为晶体管或其他半导体开关。由此能够将替代电池单元例如在存在过度充电的情况下以正确的方式放电。
[0012]在一个优选实施形式中，所述控制单元包括微控制器，所述微控制器构成为，通过直方图函数识别所述蓄电池系统的均衡方法的均衡参数，所述均衡方法用于在所述蓄电池系统的蓄电池单元之间的电荷均衡。此外，所述微控制器特别优选地包括实时时钟。因为在蓄电池系统内蓄电池单元的充电状态的均衡大多以稳定的均衡电流在固定的预定的均衡持续时间上以及在统计上获取的均衡间隔上实现，所以能够特别好地通过直方图函数确定所述均衡参数。相比于在蓄电池系统的正常运行中流过的负载电流(负载电流在直方图中随机分布地出现)均衡电流在直方图中为一个窄的峰值。如果微控制器实现为具有实时时钟，那么同一个微控制器能够用作用于获取均衡持续时间和均衡间隔的时间计数器。微控制器可非常好地在功率和配备上匹配于相应的应用。此外所述微控制器相比于其他运算系统是非常成本有利的。
[0013]优选地，所述电路还具有局部的电压获取部分和/或局部的电流获取部分。通过替代电池单元的这样的设计方案很容易实现的是，测量流过替代电池单元的均衡电流或替代电池单元的电压例如其空载电压。
[0014]在该实施形式的优选改进中，所述局部的电压获取部分和/或局部的电流获取部分与所述微控制器的模拟端口连接。微控制器能够如此在时间上获取电气性能亦即替代电池单元的电压和电流并且如果必要对其进行分析处理。由此能够受影响地或者优化地实现替代电池单元的电气性能，因为能够根据历史或当前测量的电流和/或电压值实现电气性會K。
[0015]在一个优选实施形式中，所述微控制器构成为，通过使用所述识别的均衡参数来实施所述替代电池单元的充电状态的自治的均衡。
[0016]特别优选地，微控制器与局部的均衡开关电路的至少一个开关装置连接，其中该均衡通过打开或闭合开关装置实现。通过这种方式能够可靠并且优化地实现替代电池单元的均衡，因为微控制器一方面能够根据已经流过的电流或者电池单元电压的历史发展来实施，而另一方面能够通过使用识别的均衡参数来实施。
[0017]在一个优选实施形式中，所述微控制器构成为，根据所述均衡电流在所述均衡持续时间上的积分来确定所述均衡电荷。均衡电荷能够考虑作为用于替代电池单元的自治的均衡的优化的另一参数。
[0018]优选地，所述微控制器设计为，通过使用所述识别的均衡参数如此实施所述替代电池单元的自治的均衡，以使得实际均衡电荷以一个值为X%的因子位于由所述微控制器确定的均衡电荷之下或之上。
[0019]特别优选地，X等于值10%。均衡电荷那么通过计算如上所述的在蓄电池系统内的均衡过程期间根据均衡电流在均衡持续时间上的积分产生。实际均衡电荷是这样的电荷，其实际上在均衡过程期间从替代电池单元流走。换言之，如此选择所述三个均衡参数，以使得从替代电池单元流走或由替代电池单元吸收的实际的均衡电荷位于所确定的蓄电池系统的蓄电池单元的均衡电荷之下x%。通过这种方式能够确保:替代电池单元还部分地由蓄电池系统或者蓄电池管理系统或蓄电池管理系统的均衡单元均衡化，然而与更老的蓄电池单元一样待均衡的电荷位于相似的数量级上。
[0020]此外能够通过这种方式获取:由电路识别或由微控制器确定的蓄电池系统的均衡参数是否与用于替代电池单元的自治的均衡的实际均衡参数一致。如果微控制器在自治的均衡期间例如通过直方图函数获取均衡持续时间以及均衡电流并且将它们用于替代电池单元的自治的均衡，那么能够在与均衡电荷减小X%的值成比例的降低实际均衡间隔的上述实施形式中识别到:微控制器或替代电池单元的自治的均衡正确地运行。
[0021]此外还提供一种具有按照本发明的替代电池单元的蓄电池，其中所述蓄电池特别优选地构成为锂离子蓄电池。在锂离子蓄电池有利的是其比较高的能量密度。
[0022]此外还提供一种机动车，其具有蓄电池，所述蓄电池具有按照本发明的替代电池单元，其中所述蓄电池与机动车的驱动系统连接。
[0023]在上述实施