本發(fā)明涉及一種蓄電池組件,其可被更好地監(jiān)控,尤其是用于電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的蓄電池組件。
背景技術(shù):
在電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛中、如純電驅(qū)動(dòng)裝置或既包括內(nèi)燃機(jī)又包括電動(dòng)機(jī)的所謂混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置中使用蓄電池組件,這些蓄電池組件包括多個(gè)串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的電池單元。所述電池單元可組合成模塊。另外也可使用兩個(gè)蓄電池組件,它們分別具有多個(gè)串聯(lián)連接的電池單元。蓄電池單元可以是所謂的鋰離子電池。在運(yùn)行期間、即在充電或放電期間,必須監(jiān)控蓄電池單元的狀態(tài)。例如必須持續(xù)監(jiān)控電池單元的充電狀態(tài)。為此為每個(gè)電池單元設(shè)置單獨(dú)的電子監(jiān)控裝置。每個(gè)電子監(jiān)控裝置與中央電池監(jiān)控裝置(例如通過(guò)控制器局域網(wǎng)路總線)連接。技術(shù)挑戰(zhàn)在于從第一個(gè)到最后一個(gè)蓄電池單元的數(shù)個(gè)100伏的高電壓差。因此必須在控制器局域網(wǎng)路總線和中央電池監(jiān)控裝置上設(shè)置耗費(fèi)的絕緣。de112002002265t5公開(kāi)了一種與固體二次電池有關(guān)的阻抗分析。wo2009/024355a1公開(kāi)了一種用于確定阻抗譜以位置選擇性顯示蓄電池中容量分布、電阻分布和能量密度分布的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的任務(wù)在于,提供一種改進(jìn)的蓄電池組件和改進(jìn)的用于確定蓄電池單元狀態(tài)的方法,該方法不需要高成本的絕緣。
本發(fā)明的任務(wù)通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池組件和根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法來(lái)解決。從屬權(quán)利要求要求保護(hù)各擴(kuò)展方案。
根據(jù)本發(fā)明的蓄電池組件包括多個(gè)串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的蓄電池單元、一個(gè)中央網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、多個(gè)單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)控制裝置。中央網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造用于通過(guò)蓄電池單元傳輸數(shù)據(jù)。中央網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)例如借助至少一個(gè)耦合電容器無(wú)參考電勢(shì)地(bezugspotenzialfrei)連接到蓄電池單元的串聯(lián)電路上。多個(gè)單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造用于通過(guò)蓄電池單元傳輸數(shù)據(jù)。每個(gè)單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與一個(gè)蓄電池單元并聯(lián)連接??刂蒲b置構(gòu)造用于指示連接到第一蓄電池單元上的至少一個(gè)第一單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),向第一蓄電池單元施加具有至少一個(gè)預(yù)定頻率的測(cè)試信號(hào),并且指示連接到第二蓄電池單元上的第二單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),基于第二蓄電池單元對(duì)測(cè)試信號(hào)的信號(hào)響應(yīng)確定第二蓄電池單元的至少一個(gè)狀態(tài)。
中央網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和多個(gè)單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)通過(guò)能量供應(yīng)線路和多個(gè)蓄電池單元傳輸數(shù)據(jù)。這種通過(guò)電網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸在能源技術(shù)中稱(chēng)為電力線通信(plc)。
測(cè)試信號(hào)可具有預(yù)定頻率。由此可確定蓄電池單元中的電阻和電容。例如蓄電池單元在充電時(shí)膨脹,由此頻率響應(yīng)變化。預(yù)定頻率可在約1mhz至約30mhz的范圍中。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)蓄電池單元和連接蓄電池單元的線路的數(shù)據(jù)傳輸可省卻附加的總線以及總線的絕緣。由此可降低蓄電池組件制造及其維護(hù)的耗費(fèi)。
測(cè)試信號(hào)可以是阻抗分析的信號(hào)和/或頻率響應(yīng)分析的信號(hào)。阻抗分析和/或頻率響應(yīng)分析可采用使用多個(gè)不同載波頻率的傳輸方法的載波頻率。傳輸方法可以是正交頻分多路復(fù)用(ofdm)方法。
單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為測(cè)試信號(hào)可使用這樣的信號(hào),其被用來(lái)確定多個(gè)潛在載波頻率時(shí)傳輸信道的帶寬。這具有下述優(yōu)點(diǎn):可使用現(xiàn)有裝置和算法來(lái)確定蓄電池單元的狀態(tài),盡管這些裝置最初設(shè)置用于檢測(cè)傳輸信道的帶寬。這種方法在可編程邏輯控制器(plc)領(lǐng)域中被稱(chēng)為“信道探測(cè)”。
單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和/或控制裝置可構(gòu)造用于借助測(cè)試信號(hào)至少確定蓄電池單元的充電狀態(tài)、蓄電池單元的老化、蓄電池單元的內(nèi)阻、蓄電池單元的溫度和/或作用于蓄電池單元的機(jī)械應(yīng)力。充電狀態(tài)、老化、內(nèi)阻、溫度和作用于蓄電池單元的機(jī)械應(yīng)力改變頻率響應(yīng)。因此可借助測(cè)試信號(hào)確定這些狀態(tài),測(cè)試信號(hào)優(yōu)選具有多個(gè)預(yù)定頻率。單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可構(gòu)造用于,在測(cè)試信號(hào)施加到蓄電池單元上時(shí),檢測(cè)在預(yù)定頻率下測(cè)試信號(hào)的衰減和信噪比。
本發(fā)明還涉及一種包括上述蓄電池組件的機(jī)動(dòng)車(chē)。
本發(fā)明還涉及一種用于確定蓄電池組件的蓄電池單元狀態(tài)的方法,所述蓄電池組件包括多個(gè)蓄電池單元的串聯(lián)電路和/或并聯(lián)電路,其中,每個(gè)蓄電池單元與一個(gè)單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)并聯(lián)連接。該方法將指示信號(hào)通過(guò)至少一個(gè)與第一單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)并聯(lián)連接的第一蓄電池單元從中央網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸至與第二蓄電池單元并聯(lián)連接的第二單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)接收到指示信號(hào)時(shí),通過(guò)第一單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)向第一蓄電池單元施加具有至少一個(gè)預(yù)定頻率的測(cè)試信號(hào)。當(dāng)接收到指示信號(hào)時(shí),基于第二蓄電池單元對(duì)于測(cè)試信號(hào)的信號(hào)響應(yīng)確定第二蓄電池單元的狀態(tài)。
該方法可如前面關(guān)于蓄電池組件說(shuō)明的那樣被擴(kuò)展。此外,該方法可檢測(cè)蓄電池單元的各狀態(tài),所述狀態(tài)已在前面參考蓄電池組件說(shuō)明。
測(cè)試信號(hào)可以是阻抗分析的信號(hào)、頻率響應(yīng)分析的信號(hào),相應(yīng)于具有多個(gè)不同載波頻率的傳輸方法的載波頻率的信號(hào)和/或相應(yīng)于正交頻分多路復(fù)用方法的載波頻率的信號(hào)。
該方法可確定在預(yù)定頻率下測(cè)試信號(hào)的衰減。替代或附加地,該方法可確定在預(yù)定頻率下的信噪比。
本發(fā)明還公開(kāi)了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品,其在被加載到具有處理器的計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中時(shí)實(shí)施上述方法。
附圖說(shuō)明
現(xiàn)在參考所附的并且非限制性的附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。附圖如下:
圖1示出蓄電池單元的等效電路圖;
圖2a示出蓄電池單元的頻率響應(yīng)并且圖2b示出蓄電池單元的相位響應(yīng);
圖3示出根據(jù)本發(fā)明蓄電池組件的電路圖。
具體實(shí)施方式
參考圖1說(shuō)明鋰離子電池單元的等效電路,其由出版物“電池模型的建立和參數(shù)化”:彼得·凱爾、安德烈亞斯·喬森,慕尼黑工業(yè)大學(xué),亞克斯大街21號(hào),80333慕尼黑,電能存儲(chǔ)技術(shù)教研室公開(kāi)。電壓源以u(píng)ocv建模。ri相應(yīng)于蓄電池單元100的內(nèi)阻。第一rc電路(rc-glied)rc1模擬低頻時(shí)鋰離子電池單元的弧形阻抗譜。第二rc電路rc2是所謂的沃伯格阻抗,其模擬理想的貯存器并且也模擬低頻時(shí)的弧形阻抗譜。第三rc電路rc3也是沃伯格阻抗,其模擬較高頻率時(shí)的阻抗譜。等效電路的各元件的值根據(jù)溫度、充電狀態(tài)和電流強(qiáng)度改變,這些關(guān)系基本上是非線性的。關(guān)于詳細(xì)細(xì)節(jié)再次參考出版物“電池模型的建立和參數(shù)化”:彼得·凱爾、安德烈亞斯·喬森,慕尼黑技術(shù)大學(xué),亞克斯大街21號(hào),80333慕尼黑,電能存儲(chǔ)技術(shù)教研室的公開(kāi)內(nèi)容,其內(nèi)容通過(guò)引用納入本文。
圖2a示出10mhz至30mhz范圍內(nèi)鋰離子電池單元的頻率響應(yīng)并且圖2b示出10mhz至30mhz的頻率的鋰離子電池單元的相位響應(yīng)。
圖3示出蓄電池組件122,其包括蓄電池120和控制裝置122以及中央網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)114。蓄電池120包括多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池單元100。多個(gè)蓄電池單元100的串聯(lián)電路可組合成一個(gè)模塊。模塊可串聯(lián)和/或并聯(lián)連接。每個(gè)蓄電池單元100與一個(gè)單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)106并聯(lián)連接。蓄電池包括一個(gè)負(fù)極接頭108和正極接頭110。中央網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)114通過(guò)耦合電容器112與蓄電池單元100的串聯(lián)電路耦合。在中央網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)114上不出現(xiàn)高電壓,因?yàn)橹醒刖W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)114與蓄電池單元100的串聯(lián)電路電容耦合。因此,在中央網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)114和控制裝置122區(qū)域中未設(shè)置任何高要求的絕緣。中央網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)114和控制裝置122由電池116、如傳統(tǒng)的汽車(chē)電池供電。
中央網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)114可與單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)106通信,其中,通信信號(hào)通過(guò)蓄電池單元100和引線傳輸至單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)106。作為傳輸方法使用正交頻分復(fù)用方法(ofmd)。中央網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)114發(fā)出測(cè)試信號(hào),該測(cè)試信號(hào)經(jīng)過(guò)所有蓄電池單元100的串聯(lián)電路,以便找到適合用于與單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)106通信的信道。該方法在電荷子領(lǐng)域(fachchargon)中被稱(chēng)為“信道探測(cè)”。
在中央網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)114已經(jīng)確定適合的傳輸信道之后,中央網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)114可與單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)106通信,反之亦然??刂蒲b置122可經(jīng)由中央網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)114直接指示第一單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)106:檢測(cè)與第二單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)106并聯(lián)連接的第二蓄電池單元100的狀態(tài)。為此單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)106使用測(cè)試信號(hào),其也用于確定第一和第二單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)100之間適合的ofdm信道。測(cè)試信號(hào)具有約1mhz至約30mhz的頻譜。在該頻譜內(nèi)確定衰減和信噪比。在所確定的頻率響應(yīng)和所確定的信噪比基礎(chǔ)上,第二單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)106或控制裝置122基于參考圖1所描述的蓄電池單元100的等效電路圖確定等效電路各個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件的值。因此,單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)106或控制裝置122可確定各蓄電池單元的充電狀態(tài)、各蓄電池單元的老化、各蓄電池單元的內(nèi)阻、各蓄電池單元的溫度和/或作用于各蓄電池單元的機(jī)械應(yīng)力。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于,無(wú)需耗費(fèi)地絕緣用于確定蓄電池組件狀態(tài)的各裝置和各元件。此外,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還在于不需要耗費(fèi)的傳感裝置來(lái)監(jiān)控蓄電池單元的狀態(tài)并且可使用標(biāo)準(zhǔn)部件。