用于操作车辆电池的方法和相应的电池布置和车辆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及操作车辆电池的方法，其中平衡电池的电池单元的充电状态，以及涉及相应构造的电池布置和相应构造的车辆。
【背景技术】
[0002]WO 2011/072295 A2公开一种方法，用以估计具有多个电池单元的电池的状态。
[0003]US 2011/0241622A Al说明一种用于平衡多个电池单元的方法，其中为此从一电池单元向其他电池单元传输能量。这里通过电池单元的电压情况确定平衡的需要。
[0004]电池单元的充电状态的平衡，也称电池单元对称化，用于使电池系统的单独串联的电池单元的充电状态对称化或者平衡，目的在于能够用相同的充电量对每一个电池单元充电，使得在给电池充电后每一个电池单元都几乎完全充电。这种对称化有时需要，因为相同容量和甚至相同类型的电池单元由于不同的化学过程也具有一定的自放电率，自放电率随电池单元不同而稍微不同。自放电率一方面依赖于各电池单元的温度和充电状态，另一方面受各电池单元的生产分散和寿命影响。所谓电池单元的充电状态在这里应该理解为某个电池单元的当前的充电量对该电池单元的最大可能的充电量的百分比。
[0005]由于单个电池单元的不同的自放电率，电池系统在经过一定时间后具有处于不同充电状态的电池单元，即使所有的电池单元至少在开始时具有相同的容量也是如此。然而不同的充电状态不利地导致电池系统不再能够完全充电。当对其电池单元具有相同的容量和不同的充电状态的电池系统充电时，在充电开始时具有最大充电状态的电池单元最先达到它的充电上限。但是只要电池单元的一个达到它的充电上限，则串联的其他电池单元就不再能够继续充电。
[0006]在放电的情况下具有相同容量但是不同充电状态的电池单元的电池系统也具有下面的缺点。在放电开始时具有低的充电状态的电池单元首先达到它的放电下限。由于电池单元的串联那时电池的放电必须全体结束，即使其他的电池单元还能够继续放电也是如此。
[0007]为应对上述问题，具有多个串联的电池单元的电池根据现有技术随时间不同要对称化。根据按照现有技术的对称化所有的电池单元基本上都具有相同的电压情况或者相同的充电状态。因为电池单元的电压情况或者电压与电池单元的充电状态对应，所以所谓的基于电压的平衡方法实质上等同于基于充电状态的对称化方法。
[0008]可区分有源的对称化和无源的对称化，在有源的对称化情况下某个电池单元的过量的能量向具有低充电状态的电池单元传输，在无源的对称化情况下销毁过量的能量。
[0009]根据一种已知的用于无源对称化的方法例如检测具有最低电压的电池单元。接着使所有其他的电池单兀一直放电，直到它们的电压也相应于该最低的电压。
[0010]然而已知的用于对称化的方法在要对称化的电池单元具有不同的容量时具有缺点。因此本发明提出的任务是:如此执行电池的单元的平衡或者对称化，使得接着在对电池充电时所有电池单元都能够同时被充电，即使这些电池单元具有不同的容量也是如此。
【发明内容】
[0011]根据本发明该任务通过根据权利要求1所述的用于操作电池的方法、通过根据权利要求6所述的电池布置和根据权利要求8所述的车辆解决。从属权利要求定义本发明的优选的和有利的实施方式。
[0012]在本发明的范围内提供一种操作车辆电池的方法。这里所述电池包括多个特别串联的电池单元。这些电池单元的平衡或者对称化依赖于充电量执行。在这种情况下这些充电量的每一个相应于各个在电池的当前的状态下能够充入各个相应的电池单元内的充电量。换句话说对于每一个电池单元确定尚能在该电池单元内充入的充电量。某个电池单元的可充电的充电量相应于该电池单元的最大的充电量(也就是说当该电池单元被完全充电时该电池单元具有的充电量)扣除当前位于该电池单元内的充电量。在这种情况下用于确定可充电的充电量的最大的充电量也可以相应于实际的最大的充电量的确定的百分数(例如95% )。
[0013]因为根据本发明不确定电池单元的电压或者充电状态，而确定可充入电池单元的充电量并且依赖于该可充电的充电量执行平衡，所以本发明每次(至少间接地)也考虑各电池单元的容量。因此在根据本发明执行的平衡或者对称化后能够完全充电电池的单元，即使这些电池单元具有不同的容量也是如此。
[0014]特别本发明的平衡如此执行，使得在对称化后每一个电池单元都具有相同的可充电的充电量。
[0015]因为在电池的充电过程中在每一个串联设置的电池单元中仅能够充入相同的充电量，所以该电池仅在那时能够完全充电，即当在充电过程前在每一个电池单元内能够充入相同的充电量时，使得每一个电池单元在它们之内充入相同的充电量之后，接着完全充电。
[0016]根据本发明的第一实施方式在电池的当前的状态下为每一个电池单元确定可充入该电池单元的充电量。也就是说为每一个电池单元确定能够把多少充电量充入各电池单元内，直到该电池单元被完全充电。接着确定该可充电的充电量的最大值。使其可充电的充电量小于该最大值的每一个电池单兀一直放电，直到在充电后那时可充入各电池单兀内的充电量都相应于确定的最大值。
[0017]通过电池单元的该平衡或者对称化有利地实现，每一个电池单元在对称化后都具有相同的可充电的充电量。由此每一个电池单元在对称化后需要相同的充电量以便被完全充电。
[0018]按照根据本发明的第二实施方式为每一个电池单元确定目标充电状态，其比该电池单元的完全充电状态小预先规定的百分数。例如目标充电状态相应于电池单元的完全充电状态的95%。再次在电池的当前状态下为每一个电池单元确定可充电的充电量。另外在电池的当前状态下为每一个电池单元确定所谓的可供给的充电量，它如此定义:各电池单元在向它们供给该可供给的充电量时达到上述目标充电状态。接着确定可供给的充电量的最大值。使其可充电的充电量小于这个确定的最大值的每一个电池单元一直放电，直到它们的可充电的充电量至少都相应于可供给的充电量的该最大值。在这种情况下也可以考虑安全缓冲区，使得确定的最大值提高该安全缓冲区的数值。
[0019]第一根据本发明的实施方式追求那样的目标，即在对称化后每一个电池单元都具有相同的可充电的充电量，而第二实施方式追求这样的目标，在对称化后每一个电池单元都具有相同的可供给的充电量。电池单元的可充电的充电量是该电池单元为完全充电所缺少的充电量，而电池单元的可供给的充电量为该电池单元达到目标充电状态(例如完全充电状态的95% )所缺少的充电量。因此电池单元的可供给的充电量小于它的可充电的充电量。通过第二实施方式负责使电池单元在对称化后通过电池的充电过程至少能够充电到目标充电状态，其比完全充电状态小该安全缓冲值，与第一实施方式相比第二实施方式实质上使用安全缓冲区(例如5% )工作。
[0020]根据本发明当满足下面的条件之一时不使电池单元在平衡或者对称化的范围内放电:
[0021]?电池单元的当前的充电量小于预先给定的最小充电量，
[0022]?电池单元的当前的充电状态小于预先给定的充电状态。
[0023]由此有利地避免强烈地放电各电池单元。在这种情况下预先规定的最小的充电量特别可以依赖于各电池单元的容量。
[0024]有利的是本发明能够与根据现有技术知晓的电池单元的基于电压的或者基于充电状态的平衡或者对称化组合。在新的电池的情况下，其中全部电池单元都具有几乎相同的容量，能够如此简单地构成算法，使得可以使用缩短计算时间的方法。不过如果电池单元的容量的分散超过预先规定的边界值