用于操控电化学的能量存储器的分离装置的方法与流程

文档序号:15741880发布日期:2018-10-23 22:25阅读:105来源:国知局



背景技术:

文献DE 10 2013 214 726 A1公开了用于在电网中的、潜在的短路路径的电保护的组件,所述组件具有能量存储器,所述能量存储器具有系统决定的、可变的源内部电阻。所述组件包括分离元件和第二保险设备,所述分离元件的触发特性被不足地确定尺寸,所述触发特性用于在能量存储器的第一运行状态中保护潜在的短路路径的第一和第二线路段,所述第二保险设备被设置用于,针对负载地保护第一和第二线路段,所述负载在第一运行状态中在分离元件的触发极限之下出现。

文献DE 10 2015 217 692 A1公开了用于监控电池的状态的方法,其中,通过评估单元的警报信号来辨别具有内部的短路的、故障的电池,当在长的时间段内为电池充电之后电池电流没有下降时,或者,当在更长的充电之后电池的空转电压或者放电电压下降或者迅速下降时。

文献DE 10 2012 018 321公开了用于在负荷下分离电池系统的方法,其中,电池系统借助第一和第二电导体能够与用电器电连接,设置用于中断第一和第二电导体的第一和第二电流接触器(Schaltschütz),其中,与第一电流接触器平行地设置预充电继电器和预充电电阻的串联连接,其中,就闭合的电流接触器而言,在第一步骤中闭合预充电继电器,此后,在第二步骤中打开第一电流接触器,所述第一电流接触器与预充电继电器串联连接,并且此后,在第三步骤中,打开第二电流接触器和/预充电继电器。当前的发明也包括电池系统,所述电池系统具有至少一个电池电芯,其中,所述电池系统被设置用于,在负荷下执行根据本发明的方法或者其有利的改型方案以用于分离所述电池系统。

文献DE102014200264公开了具有电池的电池系统,所述电池被构造用于为高压电网供电,所述电池通过接触器(Schütz)能够与其高压电网接口中的至少一个连接,所述接触器包括控制线圈并且被构造用于,在控制电流流过控制线圈的状态中闭合,并且,在没有电流流过控制线圈的、另外的状态下打开。在此,控制线圈与供给电路连接或者能够连接,所述供给电路被构造用于,为用于产生控制电流的控制线圈提供供给电压,所述供给电压相对于由电池产生的电池电压是更小的。此外,供给电路包括电压转换单元,所述电压转换单元被设置用于,将电池电压或者能够借助高压电网提供的电压的至少一部分用作输入电压,将输入电压转换为输出电压,并且,提供输出电压以用于产生控制线圈的控制电流,所述高压电网与电池连接,所述输出电压等于供给电压。

本发明的任务是,进一步改进现有技术。这个任务通过独立权利要求的特征得到解决。



技术实现要素:

发明优点

与此相反,根据本发明的、具有独立权利要求的表征性特性的处理方法具有这样的优点:在第一步骤中,例如通过借助温度传感器和/或借助温度模型的测量来确定电化学的能量存储器的温度,和/或,借助电化学的能量存储器的电压(例如通过电压传感器和/或基于模型地)确定电化学的能量存储器的充电状态,在第二步骤中,借助所确定的温度和/或借助所确定的充电状态来确定电化学的能量存储器的内部电阻,在第三步骤中,借助所确定的电压和所确定的内部电阻计算最大可能的短路电流,在第四步骤中,检测流过电化学的能量存储器的电流,并且,在第五步骤中,操控分离装置,所述分离装置用于电分离电化学的能量存储器的至少一个电连接,当所计算的短路电流在分离装置的分离能力之下并且所检测的电流在电化学的能量存储器的、当前的运行状态中不可信和/或指出错误时。

由此,就不明显强于最大的有效电流的电流而言,所述分离装置能够与在分离装置和熔断器(Schmelzsicherung)时的现有技术相比被明显更快地操控,并且,电化学的能量存储器的电连接能够被更早地分离,并且,能够防止可能的间接损害(Folgeschäden),以及,能够避免熔断器的毁坏。

其他的、有利的实施方式是从属权利要求的主题。

直接或者在延迟时间之后进行对所述分离装置的操控,所述延迟时间能够根据所检测的温度和/或所述充电状态预先给定。

在直接操控分离装置时,这个分离装置与现有技术相比被明显更快地操控。由此,可靠地防止了在分离装置、电或者电子的构件处的、可能的间接损害。

如果在延迟时间之后才进行对分离装置的操控,与现有技术相比在同时减少了操控时间时,则能够达到更高的电流负载能力(Strombelastbarkeit),所述延迟时间根据所检测的温度和/或充电状态能够被预先给定。

例如,借助特性曲线族确定所述内部电阻。由此,例如根据所检测的温度,能够以简单的方式、以小的计算花费来确定内部电阻。

有利地,具有至少一个电化学的能量存储器的电能存储器系统包括电压传感器、电流传感器、分离装置以及控制设备,所述控制设备用于执行根据本发明的方法。由此,借助根据本发明的方法,通过快速的、对分离装置的操控,能够以小的构件花费将电能存储器系统转化到安全的状态中。

有利地,电能存储器系统包括电化学的能量存储器,所述电化学的能量存储器包括至少一个锂-离子-电芯、锂-硫-电芯、锂-空气-电芯、锂-聚合物-电芯、镍-金属氢化物-电池、铅-酸-电池、电容器和/或固体电解质-电池。通过根据本发明的方法,与传统的方法相比,能够将这些电能存储器系统快速地转化到安全的状态中,所述电能存储器系统具有高的能量密度。

电能存储器系统的所述控制设备与所述分离装置、所述电压传感器和/或与所述电流传感器电缆连接和/或无电缆地通信。

通过电缆连接的通信,例如借助载波频率技术、例如借助电力线-通信能够将现存的电缆用于通信,从而,明显地减少了在电能存储器系统中的电缆敷设花费。

通过无电缆的通信,控制设备、分离装置、电压传感器和/或电流传感器的灵活布置是可能的。此外,出于诊断目的,例如在车间中能够读取出电压值和/或电流值,而不需要附加的电缆或者适配器。

有利地,根据本发明的电能存储器系统被使用在电动车辆、混合动力车辆、插电式混合动力车辆、电动踏板车或者电动自行车中,或者,被用于便携式设备、用于电动手持式工具或者厨房机器,以及,被使用在固定的存储器中,所述便携式设备用于电信或者数据处理,所述固定的存储器用于储存尤其是再生获得的电能。

附图说明

本发明的实施例在附图中被示出,并且,在后面的描述中被更详细地阐述。

附图示出:

图1示出根据现有技术的、电化学的能量储存器的内部电阻根据温度和充电状态的变化过程;以及

图2示出根据现有技术的、电化学的能量储存器的内部电阻根据温度的变化过程;以及

图3示出包括根据本发明的实施方式的、电化学的能量储存器;以及

图4示出分离装置关于所测量的电流的响应时间的图表;以及

图5示出根据本发明的方法的、可能的实施方式的流程图。

具体实施方式

在所有附图中,相同的附图标记表示相同的装置部件和方法步骤。

图1示出根据现有技术的、电化学的能量储存器的内部电阻根据温度和充电状态的变化过程。在横坐标轴上,绘制了电化学的能量储存器的充电状态(SOC,State of Charge)。在纵坐标轴上,绘制了电化学的能量储存器的内部电阻,标准化为在100%的充电状态(Ri/Ri、SOC 100%)时的内部电阻。

示例性地针对三个不同的温度,示出了所标准化的内部电阻根据充电状态的变化过程100。这样,变化过程101示出了在20℃的环境温度时的内部电阻。变化过程102示出了在25℃的环境温度时的内部电阻的变化过程,并且,变化过程103示出了在30℃的环境温度时的内部电阻的变化过程。

图2示出根据现有技术的、电化学的能量储存器的内部电阻根据温度的变化过程。在横坐标轴上示出了电化学的能量储存器的温度T,并且,在纵坐标轴上示出了电化学的能量储存器的内部电阻Ri。变化过程200示出,在温度上升时,电化学的能量储存器的内部电阻减小。

图1和图2用于更好地理解根据本发明的方法和根据本发明的、电化学的能量储存器系统。

图3示出包括根据本发明的实施方式的、电化学的能量储存器。电化学的能量储存器系统300包括电化学的能量储存器302,所述电化学的能量储存器具有多个电化学的电芯308(1)、308(2)、308(3)、308(4)、308(5),所述电芯串联地电连接。

此外,电化学的能量储存器系统300包括控制设备301。此外,电化学的能量储存器系统包括电流传感器305、电压传感器306以及温度传感器307。控制设备301能够借助电流传感器305检测电流(例如,在电化学的能量存储器和接线端(Anschlussklemme)304a、304b之间流动的电流),利用电压传感器306检测电化学的能量储存器302的电压(例如,在电化学的电芯308(1)和308(5)之间的电势),并且,借助温度传感器307检测电化学的能量储存器303的至少一个电化学的电芯308(4)的温度。

借助接线端304a、304b例如能够将电化学的能量储存器系统300与用电器连接。控制设备301能够借助开关303(例如,继电器和/或半导体开关)将电化学的能量储存器302与电化学的能量储存器300的连接极304a、304b电连接或者分离。

在控制设备301和电流传感器305、电压传感器306和/或温度传感器307之间的连接能够是电缆连接和/或无电缆的。

图4示出分离装置关于所测量的电流的响应时间的图表。在图表400中,在横坐标轴上绘制了电流,并且,在纵坐标轴上绘制了分离装置的响应时间。

在变化过程401中示出了高压熔断器309的电流强度。变化过程402示出高压接触器303根据所述电流的响应时间。

在第一运行区域403中,最大流动的电流在极限I1之下。第一运行区域403是非临界的运行区域,其中,电和/或电子的构件保持未损坏。

第二运行区域404在两个极限值I1、I2之间延伸。在这个第二运行区域404中,高压熔断器309不响应,并且,高压接触器303具有长的反应时间。

在第三运行区域405之内,流动的电流在两个极限值I2、I3之间。在这个第三运行区域405中,高压熔断器309仍然不响应。高压接触器303能够由在第三运行区域405中流动的电流、例如由电流峰值损坏,这例如导致所述高压接触器303的粘住(Festkleben)并且因此导致功能性故障。

在第四运行区域中,流动的电流在极限值I3之上。在这个运行区域中,进行通过高压熔断器309的保护。

现在,通过根据本发明的方法,例如在第三运行区域405中进行对高压接触器303的、直接的操控,从而,高压接触器的、原始的反应时间402从时刻t1起被减少到反应时间402b。通过反应时间的、这种明显的减少,能够可靠地保护电化学的能量存储器系统的、电和/或电子的构件免受损坏。

在可替代的实施方式中,能够设置能够预先给定的延迟时间,从而,原始的反应时间402被明显地缩短到反应时间402b,然而电流流动没有突然地降低。

在另外的、可替代的实施方式中,能够设置能够预先给定的延迟时间,从而,原始的反应时间402被明显地缩短到反应时间402c。

图5示出根据本发明的方法的、可能的实施方式的流程图。

在第一步骤S501中,检测电化学的能量存储器302的温度,和/或,借助电化学的能量存储器302的、所测量的电压(Uaktuell-Umin)确定电化学的能量存储器302的充电状态(Uaktuell-Umin)/(Umax-Umin)。

在第二步骤S502中,借助在步骤S501中所检测的温度和/或借助所确定的充电状态确定电化学的能量存储器302的内部电阻。

在第三步骤S503中,借助所测量的电压和所确定的内部电阻计算最大可能的短路电流。

在第四步骤S504中,检测流过电化学的能量存储器302的电流。

在第五步骤S505中,检查:所计算的短路电流是否在分离装置303的分离能力之下,和/或,所检测的电流在电化学的能量存储器302的、当前的运行状态中是否为可信的。如果所计算的、最大的短路电流在分离装置303的分离能力之上,或者,如果所检测的电流在电化学的能量存储器3的、当前的运行状态中可信,则在步骤S501中继续所述方法。如果所计算的短路电流在分离装置303的分离能力之下,和/或,如果所检测的电流在电化学的能量存储器3的、当前的运行状态中不可信,则在第六步骤S506中操控分离装置以用于电分离电化学的能量存储器的至少一个电连接。能够直接和/或在能够预先给定的延迟时间之后进行这种操控。

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