用于控制电池系统的方法技术方案

一种用于控制电池系统（1）的方法，所述电池系统包括电池（10），所述电池（10）具有串联连接的电池模块（2）的至少一个串（3），每个电池模块（2）包括多个并联和/或串联连接的电池单元（4），其中至少多个电池模块（2）包括功率电子单元（14）并且经由它们相应的功率电子单元（14）串联连接，所述功率电子单元（14）具有至少在降压模式、升压模式、以及用于旁路相应电池模块（2）的旁路模式中可操作的DCDC转换器，所述DCDC转换器因此是可控制的，以设置相应模块的模块电压，其中所述方法包括：

【技术实现步骤摘要】
用于控制电池系统的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于控制电池系统、例如混合动力车辆或全电动车辆的电池系统的方法。

技术介绍

[0002]电池电动车辆或插电式混合动力电动车辆的高电压电池包（battery pack）典型地通过将电池单元并联和串联地分组以构成电池单元模块来构建。这些模块然后被串联连接，以在电池包的DC链路上提供所需的高电压。
[0003]对于这种电池包，每个电池单元的温度和电压是使用每个模块的电池单元监督（supervision）电路来监测的，并且数据被发送到电池管理控制器。电池管理控制器确定每个电池单元的充电状态（SoC）和健康状态。根据所确定的充电状态和健康状态，电池管理控制器向电池单元平衡器发送控制信号，该电池单元平衡器可以根据已知方法来平衡电池单元的电压。
[0004]电池单元不平衡是由如下事实导致的：即，电池单元在容量、内电阻、化学降级（chemical degradation）和电池单元间温度方面是不同的。电池单元平衡对于防止电池单元过度充电和放电是至关重要的，过度充电和放电将会导致总存储容量和寿命的减少。此外，不平衡可能导致过压，这可能会破坏电池单元并且引起严重损坏。
[0005]电池单元不平衡的另一个问题是：它可能会引起电池的不完全充电，并且因此导致减少的容量和电池能量的不完全使用。存在主动和被动平衡技术，这些技术要么相对便宜但缓慢，要么相对快速但昂贵。
[0006]已经做出了其他方法来实现电动车辆中的电池的更高效的充电和放电。特别地，DCDC转换器已经被指派给每个电池模块，以控制每个模块的输出电压。这种电池系统例如在DE 10 2000 902 7833 A1和US 2008/004 2493 A1中被公开。该系统允许对个体电池模块进行更灵活的充电和放电。
[0007]本专利技术的目的是提供一种用于控制电池系统的方法，该电池系统具有改进的寿命和容量、安全且易于操作，并且可以非常灵活地使用。
[0008]该目的通过根据独立权利要求的用于控制电池系统的方法来实现。
[0009]有利的实施例和开发是从属权利要求的目的。

技术实现思路

[0010]根据本专利技术的一方面，提供了一种用于控制电池系统的方法，该电池系统包括电池，该电池具有串联连接的电池模块的至少一个串，每个电池模块包括多个并联和/或串联连接的电池单元。至少多个电池模块包括功率电子单元（power electronics unit），并且经由它们相应的功率电子单元串联连接，该功率电子单元具有至少在降压（buck）模式、升压（boost）模式、以及用于旁路（bypass）相应电池模块的旁路模式中可操作的DCDC转换器。因此，DCDC转换器是可控制的，以设置相应模块的模块电压。
[0011]例如，该电池系统用于电动车辆，特别地，用于混合动力车辆或全电动车辆。替代地，该电池系统也可以是静止功率存储装置的一部分。例如，该电池系统可以用于光伏系统。
[0012]该方法包括：针对该电池指定所设置的DC链路电压，并且通过针对每个模块提供所设置的模块电压来针对所有模块（或至少针对大多数模块）指定所设置的DC链路电压的第一分布。所设置的DC链路电压的分布或分配在此被定义为总计共达（add up to）DC链路电压的模块电压的组合。由于个体模块通过包括DCDC转换器的功率电子单元与彼此去耦，因此可以设置不同的模块电压，并且所设置的DC链路电压的不同分布是可能的。特别地，第一分布可以是相等的分布，即所设置的DC链路电压（将）在该电池的所有模块（或至少在大多数模块）上相等地分布。
[0013]该方法进一步包括：确定所有模块（或至少大多数模块）的充电状态和温度，并且确定每个模块的充电状态和/或温度与平均值的偏差。根据该步骤，每个模块的不同充电状态和/或不同温度和不同健康状态被考虑。
[0014]表述“多个电池模块/电池单元”在这里用于指示“至少一个电池模块/电池单元”。
[0015]根据本专利技术，该电池系统的至少一些（如果不是全部的话）电池模块包括具有DCDC转换器的功率电子单元。DCDC转换器均具有两个输入端子和两个输出端子，输入端子连接到相应模块的电池单元，并且输出端子串联连接到该串的接下来的电池模块，即随后的（subsequent）和在前的（preceding）电池模块。因此，电池模块经由它们的功率电子单元串联连接。
[0016]功率电子单元特别地包括可由控制单元操作的开关，用于将相应电池模块切换到旁路模式、降压模式或升压模式中。在旁路模式中，DC链路将相应模块旁路，即，相应模块不会对DC链路电压做出贡献。在降压模式/升压模式中，电池单元侧上的电流/电压是可控制的，并且可以通过相应地控制DCDC被设置到预定水平。因此，模块电压可以独立于其他模块被设置，并且个体模块（将）与彼此去耦。
[0017]该电池系统具有的优点在于：每个电池模块的电流可以被优化以确保电池模块的均匀负载，使得不同模块可以不同地对DC链路电压做出贡献。此外，从400V或800V充电站对电池进行充电是可能的。由于DCDC转换器，因此电压可以在DC链路侧上被提升到更高的值。
[0018]该方法进一步包括：指定所设置的DC链路电压的第二分布，其中每个模块的所设置电压（将）取决于每个模块的SoC和/或温度与平均值的偏差被校正。
[0019]该方法具有的优点在于：不需要电池单元和电池单元模块的常规平衡。取而代之，该平衡（将）是通过由不同模块电压引起的个体模块的不同负载电流来实现的。因此，平衡是通过负载分布来实现的：更高的模块电压导致更多的电流致动，而更低的模块电压导致更少的电流致动。因此，平衡在没有损失的情况下在操作期间、即牵引（traction）期间以及充电期间发生。
[0020]根据本专利技术的实施例，每个模块的所设置电压（将）是使用比例控制方法来校正的，该比例控制方法包括确定模块的充电状态和/或温度的比例偏移（proportional offset）。这可以特别地通过确定每个模块的充电状态和/或温度的偏差并且将该箭头乘以充电状态增益或温度增益来完成。该结果可以被进一步处理，特别地，通过将其乘以加权因子并且如果需要的话乘以反转因子（inverting factor）。充电状态和温度中的偏移可以被
组合，并且所得到的比例偏移被用于校正模块电压。
[0021]这具有的优点在于：模块的充电状态和/或温度（将）以鲁棒且简单的方式来计及。
[0022]根据一实施例，如果第二分布不满足预定约束，则（将）提供所设置的DC链路电压的第三分布。
[0023]该实施例考虑到第二分布可能导致超过预定极限的模块电压，该预定极限特别地是针对每个模块的所设置电压的最小值和最大值、或针对模块的充电和放电电流和/或电池单元温度和/或充电状态的极限。超过极限的模块电压是不可行的输出，并且因此应当被校正。
[0024]第三分布可以通过如下来提供：重新分布所设置的DC链路电压，使得预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于控制电池系统（1）的方法，所述电池系统包括电池（10），所述电池（10）具有串联连接的电池模块（2）的至少一个串（3），每个电池模块（2）包括多个并联和/或串联连接的电池单元（4），其中至少多个电池模块（2）包括功率电子单元（14）并且经由它们相应的功率电子单元（14）串联连接，所述功率电子单元（14）具有至少在降压模式、升压模式、以及用于旁路相应电池模块（2）的旁路模式中可操作的DCDC转换器，所述DCDC转换器因此是可控制的，以设置相应模块的模块电压，其中所述方法包括：
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针对所述电池（10）指定所设置的DC链路电压；
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通过针对每个模块提供所设置的模块电压来针对所有模块（2）指定所设置的DC链路电压的第一分布；
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确定所有模块（2）的充电状态和/或温度；
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确定每个模块（2）的充电状态和/或温度与平均值的偏差；
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指定所设置的DC链路电压的第二分布，其中每个模块（2）的所设置电压取决于每个模块（2）的充电状态和/或温度与平均值的偏差被校正。2.根据权利要求1所述的方法，每个模块的所设置电压是使用比例控制方法来校正的，所述比例控制方法包括确定所述模块的充电状态和/或温度的比例偏移。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中如果第二分布不满足预定约束，则提供所设置的DC链路电压的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：纬湃科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：