用于操作电池系统的方法、数据处理设备、计算机程序、计算机可读存储介质、电池系统、传动系和车辆与流程

本公开涉及一种用于操作电池系统的方法，该电池系统包括多个电池元和多个电池元级逆变器单元(cell-level inverter units)，每个电池元级逆变器单元电耦合到所述多个电池元中的单个电池元或耦合到所述多个电池元中的一组电池元。本公开还涉及一种相应的数据处理设备、相应的计算机程序和相应的计算机可读存储介质。此外，本公开涉及一种包括多个电池元和多个电池元级逆变器单元的电池系统，其中每个电池元级逆变器单元电耦合到所述多个电池元中的单个电池元或耦合到所述多个电池元中的一组电池元。此外，本公开涉及一种用于电动车辆的传动系和车辆。

背景技术：

1、通常已知使用一个或多个电力牵引电机的车辆。这样的车辆无论是电池电动车辆还是混合动力电动车辆，通常包括用于存储为一个或多个牵引电机提供动力所需的能量的电池系统。这样的电池系统也可以被称为牵引电池系统。

2、还已知，在寒冷环境中启动具有这样的电池系统的车辆是具有挑战性的。这主要是由于电池系统在低温下动力学反应迟缓。

3、为了能够在启动车辆时提供足够的电机转矩和电机功率，需要从蓄电池系统中提取相对较高的电流。在寒冷的环境中，这可能损害电池寿命，即缩短电池的使用寿命。

技术实现思路

1、为了解决这个问题，已经提出了加热装置，使得牵引电池系统可以在实际启动之前，即在用于为牵引电机供电之前被加热。但是，提供加热装置增加了电池系统的结构复杂性。

2、因此，本公开的一个目的是提供一种电池系统，该电池系统同时在结构上简单，并且可以在相对寒冷的环境中启动，而不会导致电池寿命的过度缩短。

3、本公开的主题至少部分地解决或缓解了该问题。

4、根据第一方面，提供了一种用于操作电池系统的方法。电池系统包括多个电池元和多个电池元级逆变器单元。每个电池元级逆变器单元电耦合到多个电池元中的单个电池元或多个电池元中的一组电池元。该方法包括：

5、-请求第一电池元级逆变器单元启用第一放电电流，并请求第二电池元级逆变器单元禁用第二放电电流，以及

6、-请求第二电池元级逆变器单元启用第二放电电流，并请求第一电池元级逆变器单元禁用所述第一放电电流。

7、应当理解，第一电池元级逆变器单元电耦合到第一单个电池元或第一组电池元。以同样的方式，第二电池元级逆变器单元电耦合到第二单个电池元或第二组电池元。因此，如果被启用，则第一放电电流源自第一单个电池元或第一组电池元。如果被启用，则第二放电电流源自第二单个电池元或第二组电池元。这意味着在第一步骤中，启用第一单个电池元或第一组电池元，用于提供可以用于为电力牵引机器供电的电流。在第二步骤中，启用第二单个电池元或第二组电池元，用于提供可以用于为电力牵引机器供电的电流。注意，第一单个电池和第二单个电池是无重叠的。这意味着电池系统的一个具体电池元是第一单个电池元或第二单个电池元。这同样适用于第一组电池元和第二组电池元。电池系统的每个具体电池元形成第一组电池元或者第二组电池元的一部分。因此，当第一单个电池元或第一组电池元用于提供电流时，第二单个电池元或第二组电池元不用于提供电流。在使用第二单个电池元或第二组电池元提供电流的情况下，不使用第一单个电池元或第一组电池元。因此，每个电池元只需在相对较短的时间跨度内提供电流。不用于提供电流的电池元能够从提取(withdrawal)电流所施加的热应力和电应力中恢复。在恢复后，电池元再次能够提供稳定的电压。当在相对寒冷的环境中应用该方法时，减轻了寒冷环境对电池系统的启动的负面影响，结果，增加了电池寿命。当将本公开的方法与同时从所有电池元提取电流的已知方法进行比较时，尤其是这种情况。此外，与已知的电池系统相比，由于在每个时间点仅使用一部分电池元，因此这些电池元必须提供相对较高的电流。这导致电池系统的有效和高效加热。

8、相对寒冷的环境可以理解为环境温度为-20℃或更低或温度为-25℃或更低的环境。类似地，相对较低的温度可以理解为-20℃或更低的温度或-25℃或更低的温度。

9、在一个示例中，根据预定模式执行请求第一电池元级逆变器单元启用第一放电电流和请求第二电池元级逆变器单元启用第二放电电流。在相对寒冷的环境中启动电池系统时使用预定模式的情况下，预定模式也可以被称为冷启动协议。所述预定模式可以由请求第一电池元级逆变器单元启用第一放电电流的持续时间、请求第二电池元级逆变器单元启用第二放电电流的持续时间、请求第一电池元级逆变器单元启用第一放电电流与请求第二电池元级逆变器单元启用第二放电电流之间的时间跨度、以及请求第一电池元级逆变器单元和第二电池元级逆变器单元启用相应放电电流的顺序中的至少一个来表征。该模式也可以是环境参数例如温度的函数。

10、在一个示例中，启用第一放电电流一预定时间。附加地或替代地，启用第二放电电流一预定时间。这意味着相应的电池元仅提供第一放电电流或第二放电电流一预定时间，该预定时间可以是相对较短的，例如几毫秒到几秒。此后，使用其他电池元。这具有这样的效果，即即使在相对寒冷的环境中，也可以在不损害电池寿命的情况下提供足够大小的电流。

11、在一个示例中，启用第一放电电流，直到第一、单个电池元或第一组电池元的第一工作电压降至预定的第一截止电压以下。附加地或替代地，启用第二放电电流，直到第二、单个电池元或第二组电池元的第二工作电压降至预定的第二截止电压以下。在这种情况下，第一、单个电池元或第一组电池元或第二单个电池元或第二组电池元的工作电压可以作为电池元的各个电池元组所承受的应力的指示器。第一截止电压和/或第二截止电压选择为，使得该应力不超过预定水平。换句话说，如果损害电池寿命的风险太高，则相应的电池元不用于提供电流。总的来说，这样的电池系统可以在相对寒冷的环境中启动，而不会损害电池寿命。

12、在一个示例中，启用第一放电电流，直到从第一、单个电池元或第一组电池元中提取第一电荷量。附加地或替代地，启用第二放电电流，直到从第二、单个电池元或第二组电池元中提取第二电荷量。因此，在每个电池元被禁用之前，从每个电池元提取固定的电荷量，并且使用不同的电池元来提供电流。在寒冷的环境中，具体电池元上的应力随着从该具体电池元提取电荷量而增加。因此，通过限制要提取的电荷量，也降低了各个电池元上的应力。当在相对寒冷的环境中应用时，消除或至少减轻了对电池寿命的负面影响。换句话说，增加了电池寿命。

13、在上述实施例中，电池元承受的应力可以是热应力和/或电应力。

14、在一个示例中，第一、单个电池元或第一组电池元与第二、单个电池元或第二组电池元彼此相邻地布置。换句话说，电池元排成一排或堆叠在一起。这具有这样的效果，即由于电流的提取而由一个电池元产生的热量可以用于加热相邻的电池元。在这样的配置中，不需要单独的加热装置。因此，相应的电池系统结构简单。

15、在一个示例中，该方法还包括：

16、-接收或确定环境温度，及

17、-如果环境温度低于环境温度阈值，则执行该方法，否则，放弃该方法。

18、这意味着本方法只可以在电池系统位于相对寒冷的环境中的情况下执行。如前所述，温度阈值可以是-20℃。在另一示例中，温度阈值可以是-25℃。换句话说，根据本公开的方法仅在因环境温度而需要时使用。

19、在一个示例中，该方法还包括：

20、-接收或确定电池系统温度，以及

21、-如果电池系统温度低于电池系统温度阈值，则执行该方法，否则，放弃该方法。

22、这意味着本方法只可以在电池系统相对寒冷的情况下执行。如前面已经提及的，温度阈值可以是-20℃。在另一示例中，温度阈值可以是-25℃。换句话说，根据本公开的方法仅在因电池系统的温度而需要时使用。

23、注意，根据本公开的方法也可以作为环境温度和电池系统温度的函数来执行。

24、在一个示例中，该方法还包括随后请求电耦合到第三单个电池元或第三组电池元的第三电池元级逆变器单元启用源自第三单个电池元或第三组电池元的第三放电电流。另外，请求第一电池元级逆变器单元禁用第一放电电流和请求第二电池元级逆变器单元禁用第二放电电流。因此，该方法也可以应用于具有三个单个电池元或三组电池元的电池系统。在本文中，在任何给定的时间点，使用单个电池元中的仅一个或电池元组中的仅一个以提供放电电流。剩余的单个电池元或剩余的电池元组不被使用。同样在该示例中，电池系统可以在相对寒冷的环境中启动。同时，降低或消除了对电池寿命的负面影响。

25、应当理解，根据本公开的方法也可以用于具有四个或更多单个电池元或四个或更多组电池元的电池系统。例如，电池系统可以包括4至200个单个电池元。在另一示例中，电池系统可包括5至20组电池元。效果和优点与上面已经解释过的相同。

26、注意，本公开中使用的术语“放电电流”可以涉及交流信号。此外，术语“放电电流”可以涉及一组例如它们各自的相位不同的交流信号。在一个示例中，术语“放电电流”涉及一组三个交流信号，它们各自的相位不同，并且被配置为向电力牵引机器供电。

27、在存在三个或更多个单个电池元或电池元组的情况下，放电电流可以以预定顺序由单个电池元或电池元组中的一个提供。如果同时，电池元排列成一排，则电池元的使用顺序可以对应于该排的排列方向。

28、该方法可以至少部分地由计算机实现，并且可以在软件或硬件中实现，或者在软件和硬件中实现。此外，该方法可以通过在提供数据处理功能的装置上运行的计算机程序指令来执行。数据处理装置可以是合适的计算装置，例如电子控制模块等，其也可以是分布式计算机系统。数据处理装置或计算机可以分别包括处理器、存储器、数据接口等中的一个或多个。

29、根据第二方面，提供了一种数据处理设备，其包括用于执行本公开的方法的装置。因此，当在相对寒冷环境的情况下使用这样的数据处理设备时，减轻了寒冷环境对电池系统启动的负面影响，并且作为结果，增加了电池寿命。

30、根据第三方面，提供了一种计算机程序，其包括当计算机程序由计算机执行时使计算机执行本公开的方法的指令。在相对寒冷环境的情况下使用这样的计算机程序具有减轻寒冷环境对电池系统启动的负面影响的效果，并且作为结果，增加了电池寿命。

31、根据第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其包括当由计算机执行时使计算机执行本公开的方法的指令。如果在相对寒冷的环境中应用，这样的计算机可读存储器导致寒冷环境对电池系统启动的负面影响的降低。因此，增加了电池寿命。

32、根据第五方面，提供了一种包括多个电池元和多个电池元级逆变器单元的电池系统。每个电池元级逆变器单元电耦合到所述多个电池元中的单个电池元或所述多个电池元中的一组电池元。电池系统还包括根据本公开的数据处理设备。数据处理设备通信地耦合到每个电池元级逆变器单元。这样的电池系统特别地非常适合在相对寒冷的环境中使用。更详细地说，当在相对寒冷的环境中启动这样的电池系统时，对电池系统的使用寿命的负面影响相对较小。当将根据本公开的电池系统与已知的电池系统进行比较时，尤其是这种情况。

33、根据第六方面，提供了一种用于电动车辆的传动系。所述传动系包括根据本公开的电池系统和电耦合到电池系统的电力牵引电机。由于上面已经解释过的影响，这样的传动系具有相对较长的使用寿命。

34、根据第七方面，提供了一种包括本公开的传动系的车辆。由于所述传动系具有相对较长的使用寿命，因此所述车辆也能够享有相对较长的使用寿命。

35、应当注意，上述示例可以彼此结合，而不考虑所涉及的方面。

36、本公开的这些和其他方面将从下文描述的实施例中变得明显并参照下文描述的实施例进行阐明。