具有至少一个可充电的电池的装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种具有至少一个可充电的电池的装置。


背景技术：

2.在这种装置中，至少一个可充电的电池经由电转换器连接到上级系统，该电转换器例如能够由dc/dc转换器或dc/ac转换器形成。借助电转换器，能够从可充电的电池中提取电能或将电能输送给所述电池。通常，这种装置也能够包括多个可充电的电池，其中于是每个可充电的电池分配有连接到上级系统的电转换器。
3.可充电的电池在减碳和无碳的能源供应中变得越来越重要。这适用于移动和固定应用。移动应用的范围从传统的汽车到不同类型的商用车辆，直至移动作业机械和船舶。固定应用尤其涉及作为独立供电网路或用于馈电到公共电网中的电流的产生。
4.可充电的电池的经济使用的一个重要方面是每运行小时的使用成本和与此相关的可充电的电池的使用寿命。


技术实现要素：

5.本实用新型所基于的目的在于，提供一种开头提及的类型的装置，所述装置在结构上耗费小的情况下具有高的功能性。
6.为了实现所述目的，本技术提供了一种装置(1)，所述装置具有可充电的电池(2)和分配给所述可充电的电池的电转换器，所述电转换器连接到上级系统，其中所述电转换器构成为用于从所述可充电的电池(2)中获取电能或者将所述电能馈入所述电池中，借助于所述电转换器，在所述可充电的电池的运行期间确定所述可充电的电池(2)的特征变量，和/或设有用于影响所述可充电的电池(2)的运行方式的机构。
7.本实用新型涉及一种装置，所述装置具有至少一个可充电的电池和分配给所述可充电的电池的电转换器，所述电转换器连接到上级系统。电转换器构成为用于从可充电的电池中获取电能或者将所述电能馈入所述电池中。借助于电转换器，在可充电的电池的运行期间确定可充电的电池的特征变量。替选地或附加地，提供用于影响可充电的电池的运行方式的机构。
8.根据本实用新型的装置的功能通过如下方式提高：一个或多个电转换器不仅用于从可充电的电池中提取能量或者将能量馈入所述电池中，并且在此确保将可充电的电池耦合到上级系统。
9.而根据本实用新型，根据本实用新型，借助一个或多个电转换器检测可充电的电池的特征变量，其中所述检测在原地进行，意即直接在装置上进行，并且有利地连续地并且也以时间分析的方式进行。通过检测所述特征变量，能够获取关于可充电的电池的当前的运行状态的信息，因此能够实现对可充电的电池进行全面控制。根据本实用新型，不仅在监控可充电的电池的意义上进行控制是可行的。而且尤其能够根据检测到的特征变量来执行控制过程，所述特征变量适配于可充电的电池的当前的运行状态或者也能够优化可充电的
电池的运行状态。
10.在此，有利地借助于特征变量确定所述或每个可充电的电池的老化状态。
11.此外，借助于特征变量确定所述或每个可充电的电池的与老化相关的运行模式。
12.最后，影响所述或每个可充电的电池的运行方式，使得其使用寿命增加。
13.原则上，根据本实用新型的装置具有仅一个可充电的电池，电转换器分配给该可充电的电池。
14.特别有利地，根据本实用新型的装置具有可充电的电池的多重布置。每个可充电的电池都经由电转换器连接到上级系统。
15.可充电的电池的这种分别具有分配的电转换器的多重布置特别好地适合用于控制可充电的电池的运行方式。
16.为此，能够有利地有针对性地更改该可充电的电池的运行方式，使得为其实现以下运行状态，在该运行状态下，所述可充电的电池的使用寿命，意即使用寿命增加。然后控制其它可充电的电池，使得借助其补偿对第一可充电的电池的运行方式的更改，使得对于整体系统，并且尤其是上级系统在任意时间点都符合其所需的特性。在可充电的电池的运行方式变换、优选周期性更改的情况下，能够特别有利地进行控制，使得多重布置中的一些可充电的电池交替地或者甚至同时地在增加该使用寿命的运行方式中运行。
17.对于这种控制，所述或每个电转换器能够形成用于影响所述或每个可充电的电池的运行方式的控制机构。
18.替选地或附加地，能够设有连接在所述或每个电转换器上的控制单元，以影响所述或每个可充电的电池的运行方式。
19.根据一个有利的设计方案，所述或每个电转换器由dc/dc转换器形成。
20.在这种情况下，一个或多个dc/dc转换器能够连接到直流电压网络，其中所述直流电压网络形成上级系统。
21.根据一个替选的设计方案，所述或每个电转换器由dc/ac转换器形成。
22.在这种情况下，作为上级系统能够设置具有马达的系统。根据第一变型方案，dc/ac转换器能够连接到马达，其中dc/ac转换器为马达的不同的子绕组馈电。
23.根据第二变型方案，每个dc/ac转换器能够分别连接到马达，其中马达经由叠加变速器连接。
24.根据一个有利的实施形式，为了测量特征变量设有传感器，所述传感器集成在电转换器中或者分配给所述电转换器。
25.有利地，检测可充电的电池的电流和电压作为特征变量。
26.为此，为了检测可充电的电池的特征变量，能够借助于电转换器更改可充电的电池的充电电流和/或放电电流。
27.在此，通过更改可充电的电池的充电电流和/或放电电流，根据电流确定电压。
28.根据该电流-电压特征曲线能够特别好地分析可充电的电池的老化状态，特别是当与时间相关地检测所述可充电的电池时如此。
29.根据另一变型方案，将充电电流和/或放电电流通过如下方式更改：借助于电转换器将直流电流与具有可变的频率和幅值的交流电流叠加。交流电流优选是正弦状的。
30.在这种情况下，确定可充电的电池的复数交流电阻作为特征变量。
31.通过改变叠加的交流电流的频率与同时测量电流和电压，这种原位运行对应于电化学阻抗谱的方法。具有频率和幅值的变化的多重执行方案引起特性曲线，所述特性曲线能够与电池的温度和充电状态相关联地提供关于电池的不同的组件的老化状态的信息。电池经由其bms(电池管理系统)提供关于温度和充电状态的信息。
32.有利地，在所述或每个电转换器中确定的测量数据能够在控制单元中进行评估。
33.替选地或附加地，在所述或每个电转换器中检测到的测量数据能够被读出到外部计算单元上，其中所述计算单元构成为用于评估测量数据。
34.尤其，计算单元能够是云的组成部分。
35.耦合到计算单元上能够借助无接触式工作的数据传输路径进行，其中无线电信号尤其用于数据传输。
36.因此，灵活地、在空间上与装置完全解耦地评估可充电的电池的数据是可行的。
37.在此，能够连续地或仅在维护过程期间传输测量数据。
38.有利地，测量数据包含用于相应的可充电的电池的个体的标记。
39.因此，将测量数据明确地分配给可充电的电池，对于所述可充电的电池记录所述测量数据。因此，测量数据能够专门用于控制该可充电的电池的老化状态。
40.更有利地，将测量数据以加密的方式传输。
41.因此只有经授权的人员才能访问测量数据。
42.根据一个有利的设计方案，能够根据测量数据创建用于运行可充电的电池以增加其使用寿命的指南或操作建议。
43.更有利地，从测量数据中可推导出用于进一步研发可充电的电池的信息。
44.因此，在研发可充电的电池时，能够明显更有效地设计研发过程。
45.特别有利地，在可充电的电池的多重布置的情况下，在周期性运行中分别将能量从一个电池输送给相应的其它电池，由此将这些其它电池加热。
46.这种周期性运行执行为，使得每个电池在每个周期内向相应的其它电池传输一次能量。该运行维持预设的时间，以便因此有效地加热冷的电池。这样加热的电池可比过冷的电池更好地用于充电和放电过程。
47.在这种运行模式中利用了以下事实：在电池处于冷的状态中时，在技术上允许的放电电流显著高于充电电流。
48.当设有至少三个电池时，这种运行模式特别好地起作用。
附图说明
49.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
50.图1示出根据本实用新型的装置的第一实施例；
51.图2示出根据本实用新型的装置的第二实施例；
52.图3示出根据本实用新型的装置的第三实施例；
53.图4示出根据叠加的交流电流的可充电的电池的复数电阻的变化曲线的视图。
具体实施方式
54.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
55.图1至图3示出根据本实用新型的装置1的三个实施例。根据图1至图3 的装置1分别具有可充电的电池2的多重布置，所述可充电的电池例如能够构成为锂离子电池。多重布置的可充电的电池2在当前情况下相同地构成，然而这不是强制性的。
56.通常，装置1也能够具有仅一个可充电的电池2。同样地，装置1也能够具有多于两个的可充电的电池2。
57.在所有实施例中，每个可充电的电池2都分配有用于耦合到上级系统的电转换器。
58.可充电的电池2借助相应分配的电转换器运行为，使得可充电的电池2 能够用充电电流来充电，或者能够用放电电流从可充电的电池2中提取能量，以便能够将所述能量输送给上级系统。
59.在根据图1的装置1中，每个可充电的电池2都分配有呈dc/dc转换器 3形式的电转换器。在这种情况下，上级系统以直流电压网络4的形式构成。该系统然后能够经由dc/ac转换器驱动马达或形成独立供电网路或者将能量馈入公共电网中。
60.在根据图2的装置1中，每个可充电的电池2都分配有呈dc/ac转换器 5形式的电转换器。在当前情况下，上级系统由马达6形成。经由dc/ac转换器5将能量馈入马达6的分开的子绕组中。
61.在根据图3的装置1中，每个可充电的电池2也分配有呈dc/ac转换器 5形式的电转换器。上级系统由两个马达6a、6b形成，所述马达经由叠加变速器7耦合。借助每个dc/ac转换器5来操控马达6a、6b。
62.根据本实用新型，借助电转换器检测特征变量，根据该特征变量确定关于相关联的可充电的电池2的运行状态的信息。
63.在此，借助于特征变量确定所述或每个可充电的电池2的老化状态。
64.此外，借助于特征变量确定所述或每个可充电的电池2的与老化相关的运行方式。
65.为此，为了测量特征变量设有传感器，所述传感器集成在电转换器中或者分配给所述电转换器。
66.根据本实用新型，可充电的电池2的运行方式也受到影响，尤其是与所确定的特征变量相关。
67.在此，所述或每个可充电的电池2的运行方式受到影响，使得增加其使用寿命。
68.为了影响可充电的电池2的运行方式，设有适宜的控制机构。所述控制机构通常能够由电转换器本身形成。
69.替选地或附加地，设有控制单元8作为控制机构，所述控制单元连接到电转换器，如图1至3所示出的。
70.借助控制机构，有针对性地更改可充电的电池2的运行方式，更确切地说，使得其使用寿命或使用寿命增加。能够有利地根据所确定的特征变量进行控制。
71.如果在图1至3的装置1中，控制可充电的电池2之一的运行方式，使得其使用寿命
增加，那么控制其它可充电的电池2，使得整个系统的所需的特性保持不受其影响。
72.控制单元8也能够用于评估由电转换器生成的测量数据。在当前情况下，为此设有计算单元9，所述计算单元经由双向数据传输路径10与电转换器连接(图1至3)。数据传输路径10能够有线连接地构成。在当前情况下，数据传输路径10无接触式地工作，其中有利地经由所述无线传输路径以无线电信号的形式传输数据。计算单元9能够是云的云计算机。
73.用于可充电的电池2的测量数据有利地设有将该可充电的电池2明确地标识的标记，使得在评估时能够明确地将测量数据分配给可充电的电池2。
74.更有利地，也经由数据传输路径10以加密的方式传输测量数据，使得只有经授权的人员才能访问测量数据。
75.测量数据通常能够从电转换器连续地传输给计算单元9。替选地，测量数据能够仅在分立的时间间隔内传输，例如在维护过程期间传输。
76.在当前情况下，检测可充电的电池2的电流和电压作为特征变量。
77.为此，为了检测可充电的电池2的特征变量，能够借助于电转换器来更改可充电的电池2的充电电流和/或放电电流。通过更改可充电的电池2的充电电流和/或放电电流，根据电流确定电压。
78.此外，充电电流和/或放电电流能够通过如下方式更改：借助于电转换器将直流电流与具有可变的频率和幅值的交流电流叠加。
79.在此，确定可充电的电池2的复数交流电阻作为特征变量。
80.图4示出这种分析的结果。
81.在图4中示出以mohm为单位的所确定的复数电阻r关于叠加的交流电流的以hz为单位的调制频率f的变化曲线。
82.如从图4中可见的，用于老化过程已经进行的旧的可充电的电池2的交流电流的与频率相关的变化曲线与用于新的可充电的电池2的变化曲线明显不同。
83.通过这种分析，优选根据可充电的电池2的充电状态和温度，能够获取关于可充电的电池2的各个组件的老化的信息。
84.除了可充电的电池2的阴极和阳极的老化，其中还包括可充电的电池2 的电解质的化学分解。其中还包括引起用于可充电的电池2的离子的穿透阻力增加的隔板的老化。最终，也能够检测无源组件如粘合剂的老化。
85.为了不同的目的，能够在计算单元9中评估所确定的特征变量。
86.尤其，能够根据测量数据创建用于运行可充电的电池2以增加其使用寿命的指南或操作建议。
87.此外，能够从测量数据中推导出用于进一步研发可充电的电池2的信息。
88.附图标记列表
89.(1)装置
90.(2)可充电的单池
91.(3)dc/dc转换器
92.(4)直流电压网络
93.(5)dc/ac转换器
94.(6)马达
95.(6a)马达
96.(6b)马达
97.(7)叠加变速器
98.(8)控制单元
99.(9)计算单元
100.(10)数据传输路径
101.r 电阻
102.f 调制频率
103.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。