用于电动车的电池系统的制作方法

本实用新型涉及一种电池系统，尤其用于电动车的电池系统，其具有用于使具有至少两个储存元件的电蓄能器增温的加热单元。

背景技术：

当前将电动车理解为电驱动的车辆，尤其纯电驱动的车辆或者混合动力车辆。这种车辆配设有呈电池形式的电蓄能器，所述电池例如是牵引电池或者驱动电池，所述电池储存和提供对于行驶运行必要的电能。电池也称为蓄电池。在此，其通常是电化学蓄电池，尤其是锂离子电池。

这种电池通常不构成为整块而是模块化地由多个电池单元构造，所述电池单元彼此电连接。对于电动车中的电池系统的构造，相应已知的是，将各个电池单元互连并且组成电池。

就本文而言将电化学储存单元，优选将次级单元理解为电池单元。术语“单元”能够关于部件的物理外观理解为最小的可接触的结构单元。与之相对，将储存元件理解为如下结构单元，所述结构单元能够包括多个电池单元，例如呈电池组或者电池模块的形式。相应地将如下结构单元理解为电池或者电池系统，所述结构单元由一个或多个互连的储存元件构造。电池或者电池系统优选设置用于在电动车中使用，但是也能够在其它车辆中或者在其它应用领域中使用。

电池，尤其是锂离子电池的功率和可提取的电容是与温度相关的并且能够相应地仅在特定的使用温度范围内最优地运行，例如在20℃和60℃之间的温度范围内。如果电池单元具有处于最优的使用温度范围之外的温度，那么这会导致功率能力下降并且甚至会导致电池单元受损。

相应地，已知的电池系统配设有调温系统，所述调温系统设计用于，将电池单元在温度高于最优的温度范围时冷却而在温度低于最优的温度范围时使电池单元增温。

为了使电池单元增温还已知的是，电加热系统设置有经过电池并且沿着电池单元伸展的调温回路，可加热的调温介质流动穿过所述调温回路。调温介质通常在电池外部借助于电加热系统预加热并且通过设置在电池中的流动通道传导。然而，借助这种加热系统使电池增温能够伴随着时间延迟并且不均匀地进行。通过提供调温回路，这种加热系统还对电池系统的总重量产生影响并且由于不密封性会是电池系统的安全隐患。

为了使电池增温，尤其为了操作电加热系统，通常从电池本身中提取电能。在这种情况下，一个特殊的问题是将电池从冷却的状态重新加热，因为在此电池单元的功率能力小从而仅能够从电池中导出少量电能来使该电池增温。当电动车在冬季在较长的时间内驻车时，例如会产生电池的这种冷却的状态，这属于这种电动车和相应地在其中使用的电池系统的常见的应用情况。

技术实现要素：

以已知的现有技术为出发点，本实用新型的目的是，提供一种改进的电池系统，尤其用于电动车的电池系统，所述电池系统实现从冷却的状态中高效且有成效地加热电蓄能器。

所述目的通过具有根据本实用新型的特征的电池系统来实现。有利的改进方案从下文中得出。

相应地，提出一种电池系统，尤其用于电动车的电池系统，包括具有至少两个储存元件的电蓄能器；至少两个用于加热储存元件的电加热单元，所述电加热单元与不同的储存元件相关联；和通过如下给至少两个加热单元中的第一加热单元输送出自储存单元的电能的方式来选择性地操作第一加热单元。

在所提出的电池系统中，设有用于有针对性使电蓄能器的各个储存元件增温的电加热单元。这归因于，借助于控制单元实现选择性地操作加热单元。因此，可有针对性地使电蓄能器的特定的子区域增温。换言之，通过储存单元提供的用于加热的电功率因此能够聚焦到蓄能器的子区域上，以便能够将该子区域相对于其它子区域快速地加热到最优的使用温度上。于是能够从因此达到使用温度的子区域中有成效地导出电能。

相对于从现有技术中已知的、并非选择性地使各个子区域增温而是基本上均匀地使整个电池增温的电池系统，因此能够从蓄能器的冷却的状态开始在相对短的时间后就已经有成效地导出电能。

一旦对于第一子区域，尤其第一储存元件而言已达到最优的使用温度，那么控制单元接着能够选择性地操作另一加热单元，尤其第二加热单元，从而启动对电蓄能器的另外的子区域，尤其第二储存元件的快速加热。为此，能够将出自已经加热的第一储存元件和/或储存单元的电能输送给第二加热单元。根据在此所提出的方式，因此能够依次加热电蓄能器的不同的，尤其大量不同的子区域。在此能够保证：出自相应的子区域的电能仅在所述子区域已达到其最优的使用温度时才被导出。依照该方式，电蓄能器的选择性地被加热的子区域，尤其储存元件于是用于，将电能提供用于依次地加热其它子区域。以这种方式能够在一类连锁反应中进行整个蓄能器的依次加热，其中随着时间增加在利用高效率的情况下提高最大的输出功率。相应地，因此能够提供电蓄能器的快速进而有成效的增温。

如之前提及的那样，在此所提出的解决方案实现：仅当达到各个储存元件的相应的最优的使用温度时，才从各个储存元件中提取电能。在此，除了有成效的功率输出外也能够将电池单元受损的风险最小化并且相应地提高电池系统的运行安全性。

在本文中，将加热单元的“选择性的操作”理解为有针对性地将电能输送给至少两个加热单元的至少一个所选择的加热单元。这能够以如下方式进行，使得操作至少两个加热单元中的仅一个所选择的加热单元。在这种状态中，仅将电能输送给所选择的加热单元。至少两个加热单元中的每一个在此能够被选择性地操作。替选地，能够同时选择多个加热单元并且相应地选择性地操作多个加热单元。

所提出的电池系统能够设置用于在电动车中使用，然而不限于这种应用。更确切地说，电池系统在每种任意适合的应用中都用于加热电蓄能器，尤其电池。

电池系统的电蓄能器尤其是电池或者蓄电池。在电动车中使用时，电蓄能器能够以驱动电池或者牵引电池的形式提供。电蓄能器例如能够是锂离子电池，所述锂离子电池在20℃和60℃之间的使用温度范围内能够最优地运行，尤其以小的损耗运行。

储存单元能够作为电蓄能器的部分来提供。储存单元例如能够由电蓄能器的储存元件形成。

替选地，储存单元能够独立于电蓄能器来提供。更准确地说，储存单元能够形成电池系统的另外的电蓄能器，尤其另外的电池或者另外的蓄电池。储存单元能够是独立于电蓄能器的构件，尤其是独立的蓄能器。

在一个改进方案中，储存单元能够以铅蓄电池的形式提供。一般来说，铅蓄电池相对于锂离子电池具有更低的最优的使用温度范围。换言之，在更低的运行温度下，例如在低于20℃，例如0℃的温度下，铅蓄电池相对于锂离子电池能够更有成效地运行。通过使用铅蓄电池因此能够保证：借助于第一加热单元就已经能够有成效地提供电能来加热第一储存元件。如果例如观察到电蓄能器以连锁反应形式的之前所描述的加热过程，其中储存元件依次地被加热，那么已经能够有成效地提供电能来加热在一系列储存元件中的第一部分。从电蓄能器的冷却的状态起始，因此可进一步提高蓄能器的加热过程的总体效率。

在本文中，将储存元件理解为电蓄能器的结构单元，所述结构单元包括多个电池单元。更确切地说，储存元件能够概括多个电池组，所述电池组由多个组合的电池单元构成。

电池系统包括至少两个加热单元，所述加热单元如之前所描述的那样分别与不同的储存元件相关联。相应地，加热单元能够分别与至少一个储存元件，尤其是与其相关联的储存元件直接热接触。

更准确地说，加热单元能够包括多个加热元件，所述加热元件尤其分别与储存元件的电池单元或者电池组相关联。加热单元能够分别作为相对于储存元件独立的构件来提供。相应地，加热单元能够固定在分别与其相关联的储存元件上。加热单元中的每一个例如都能够包括至少一个加热元件，所述加热元件与储存元件的至少一个电池单元，尤其至少一个电池组直接热接触。加热元件例如能够以加热导体的形式提供，所述加热导体设计用于，将电能转换成热量。

替选地，加热单元能够作为储存元件的集成的组成部分来提供。加热单元例如能够由储存元件，尤其电池单元本身形成。更确切地说，加热单元中的每一个能够包括至少一个加热元件，其中各个加热元件能够分别通过至少一个电池单元或者至少一个电池组形成。在该设计方案中，电池单元能够加载有电流从而与加热单元的功能相符地将电能转换为热量。

可由储存单元输送电流的第一加热单元能够与第一储存单元相关联。换言之，通过给第一加热单元加载由储存单元提供的电能，使第一储存元件有针对性地增温。这表示：在操作第一加热单元时被输送给其的电能引起第一储存单元的温度提高，所述温度提高与电蓄能器的另外的，尤其与所述第一储存单元相邻的储存元件的由此感应产生的温度提高相比是明显更高的。

与第一加热单元相关联的第一储存元件，与储存单元相比，能够具有更大数量的电池单元和/或更高的电的储存能力或者电容和/或更大的质量。

在一个改进方案中，电蓄能器的至少两个加热单元的第二加热单元与电蓄能器的至少两个储存元件中的第二储存元件相关联。控制单元还能够设计用于选择性地操作第二加热单元，其方式是：将出自第一储存元件的电能输送给第二加热单元。以这种方式能够实现使第二储存单元有针对性地增温。在此，第二储存元件与第一储存元件相比能够具有更大数量的电池单元和/或更高的电储存能力或者电容和/或更大的质量。

此外，电池系统能够包括第三加热单元，所述第三加热单元能够与电蓄能器的第三储存元件相关联。相应地，控制单元能够设计用于选择性地操作第三加热单元，其方式是：将出自第二储存元件的电能输送给第三加热单元，以便使第三储存单元有针对性地增温。相应地，第三储存元件与第二储存元件相比能够具有更大数量的电池单元和/或更高的电储存能力或者电容和/或更大的质量。

以这种方式，之前所描述的加热方法能够通过利用一类连锁反应来进行，其中使储存元件逐步地增温。更准确地说，所述逐步的加热如下进行：加热单元为了使与其相关联的储存元件增温而被加载出自另外的在之前的步骤中被增温的储存元件的电流。在此，加热单元能够分别通过恰好一个储存元件或者储存单元来供给电能。替选地或者附加地，加热单元能够分别通过多个储存元件和/或储存单元供给电能。

在此所提出的用于加热电蓄能器的方式不限于特定数量的储存元件和其所属的加热单元。更确切地说，能够提供在技术领域中有意义的、任意数量的加热单元和其所属的储存元件。相应地，接下来普遍性地描述电池系统。

电池系统能够包括在蓄能器中的数量为n的储存元件和数量为n的电加热单元。参数n优选是大于2的自然数。特别地，参数n是在2和10之间的数，例如3、4或5，或者是大于10的数，例如20。储存元件和加热单元能够被提供，使得每一第n个加热单元与第n个储存元件相关联。相应地，控制单元能够设计用于，通过如下方式选择性地操作第二个至第n个加热单元：分别给第n个加热单元输送出自第(n-1)个储存元件的电能。

此外，电蓄能器能够被提供，使得第n个储存元件与第(n-1)个储存元件相比分别具有更大数量的电池单元和/或更高的电储存能力或者电容和/或更大的质量。这尤其适用于参数n的大于或等于2的值。这具有如下效果：能够进行整个电池的特别快的增温。

替选地或者附加地，控制单元能够设计用于，操作在蓄能器的增温运行中的加热单元，在所述增温运行中蓄能器具有低于预设的阈值的温度，尤其具有低于20℃的温度。此外，控制单元能够设计用于，同时和/或在时间上重叠地操作加热单元。替选地，控制单元能够设计用于，依次相继操作加热单元。

在一个改进方案中，控制单元能够设计用于，操作加热单元，使得分别根据第(n-1)个储存元件的温度和/或电压和/或电容和/或输出功率来操作第二个至第n个加热单元。替选地或者附加地，能够分别根据第(n-1)个加热单元的操作持续时间来操作第二个至第n个加热单元。

更准确地说，控制单元能够设计用于，当所求出的表示第(n-1)个储存元件的温度和/或电压和/或电容和/或输出功率的值和/或表示第(n-1)个加热单元的操作持续时间的值达到预设的阈值时，分别操作第二个至第n个加热单元。为了求出表示第(n-1)个储存元件的温度和/或电压和/或电容和/或输出功率的相应值和/或表示第(n-1)个加热单元的操作持续时间的相应值，能够在电池系统中使用一个或多个相应的传感器。这种传感器是对于本领域技术人员是已知的并且相应地在此未进一步阐述。

在下文中提出一种用于上述类型的电池系统的加热方法。结合电池系统所描述的特征由此也作为公开内容适用于加热方法。所描述的加热方法尤其能够由电池系统的控制单元执行，使得接下来所描述的特征相应地适用于所公开的电池系统。

加热方法能够包括如下步骤：通过给第一加热单元输送出自储存单元的能量来选择性地操作第一加热单元。此外，加热方法能够包括如下步骤：通过给第二加热单元输送出自第一储存单元的能量来选择性地操作第二加热单元。在此，能够根据与第一加热单元相关联的第一储存元件的温度和/或电压和/或电容和/或输出功率和/或根据第一加热单元的操作持续时间来进行第二加热单元的操作。例如当达到表示第一储存元件的温度和/或电压和/或电容和/或输出功率和/或表示第一加热单元的操作持续时间的预设的阈值时，例如能够进行对第二加热单元的选择性的操作。

附图说明

通过接下来对附图的描述详细阐述本实用新型的优选的其它实施方式。在此示意性地示出：

图1示出具有电池系统的电动车；

图2示出在图1中示出的电池系统的系统结构；以及

图3示出用于图解说明借助于在图1和2中示出的电池系统待执行的加热过程的流程图。

具体实施方式

在下文中根据附图描述优选的实施例。在此，相同的、类似的或者起相同作用的元件在不同的附图中设有相同的附图标记，并且部分地不再重复描述该元件，以便避免冗余。

在图1中示意性地示出电动车10，所述电动车配设有电池系统12。电池系统12包括呈驱动电池形式的电蓄能器14，所述驱动电池储存并且提供对于运行电动车10而言必要的电能。特别地，电蓄能器14与在此未示出的电动机和电动车10的其它消耗器导电连接。在此处所示出的实施方式中，电蓄能器14以锂离子电池的形式提供。

如在图2中所示出的那样，电蓄能器14包括数量为n的彼此连接的储存元件16，所述储存元件分别由多个互连的电池单元构成。更准确地说，电池单元在储存元件16的内部分别组成至少两个电池组18。电池组18分别包括相同数量的电池单元，所述电池单元具有基本上相同的电储存能力或者电容。

电池系统12还包括用于按照需求加热电蓄能器14的调温设备。特别地，调温设备设计用于，使电蓄能器14离开冷却的状态增温到所期望的最优的使用温度，例如增温到位于20℃和60℃之间的温度。

为此，电池系统12的调温设备包括数量为n的、用于加热相应的储存元件16的加热单元20，其中加热单元20分别与不同的储存元件16相关联并且与所述储存元件直接热接触。更准确地说，每个加热单元20对应于在与其相关联的储存元件16内部的电池组18的数量包括相应数量的呈加热导体形式的加热元件22，所述加热元件分别固定在电池组18上。由此，加热元件22分别与电池组18相关联。换言之，相应的加热单元20，尤其加热元件22，关于储存元件16，尤其关于电池组18，作为独立的构件来提供。在一个替选的实施方式中，加热单元20，尤其加热元件22，能够作为储存元件16的集成的组成部分，尤其作为电池组18的集成的组成部分来提供。此外，加热单元20，尤其加热元件22，通过储存元件16，尤其通过电池组18形成。

电池系统12的调温设备还包括储存单元24，所述储存单元与数量为n的加热单元16的第一加热单元16a的加热元件22a导电连接，如在图1和2中通过虚线所表明的那样。储存单元24是从电蓄能器14分离的其它蓄能器。更准确地说，提供呈铅蓄电池形式的储存单元24。在一个替选的实施方式中，储存单元24作为电蓄能器14的一部分，尤其作为电蓄能器14的储存元件来提供。

相对于储存单元24，电蓄能器14的第一储存元件16a包括数量更大的电池单元并且相应地包括更高的电储存能力和更大的质量。

电池系统12还包括控制单元26，所述控制单元设计用于选择性地操作加热单元20，尤其加热元件22，从而有针对性地使各个储存元件16增温。控制单元26例如设计用于，通过给第一加热单元20a输送出自储存单元24的电能的方式来选择性地操作第一加热单元20a。

在下文中，参照图2进一步详细说明电池系统12的系统结构，尤其关于储存元件16和加热单元20来详细说明。如之前所描述的那样，电池系统12包括数量为n的储存元件16和数量为n的电加热单元20。在此处所示出的实施例中，参数n是大于或等于3的自然数。储存元件16和加热单元20被提供，使得每一第n个加热单元与第n个储存元件相关联。

控制单元26相应地设计用于，通过分别给第n个加热单元20输送出自第(n-1)个储存元件16的电能的方式来选择性地操作第二个至第n个加热单元20中的每一个。为此，第n个加热单元20的加热元件22分别与第(n-1)个储存元件16的电池组18导电连接。储存元件16被提供，使得与第(n-1)个储存元件相比，第n个储存元件16分别具有数量更大的电池单元并且相应地具有更高的电储存能力和更大的质量。这适用于针对参数n的大于1的情况的值。

当前，控制单元26设计用于，在电蓄能器14的增温运行中操作加热单元20，在所述增温运行中电蓄能器14，尤其其储存元件16，具有低于20℃的预设的阈值ts的温度。更准确地说，控制单元26设计用于，操作加热单元20，使得分别根据第(n-1)个储存元件16的温度来操作第二个至第n个加热单元20。相应地，电池系统12具有至少一个在此未示出的温度传感器，所述温度传感器设计用于测量第一个至第(n-1)个储存元件16的温度。更准确地说，控制单元26设计用于，当借助于温度传感器求出的表示与该温度传感器导电连接的储存元件16的温度的值达到预设的阈值ts时，分别操作第二个至第n个加热单元20。

在一个替选的实施方式中，控制单元26能够设计用于，控制第二个和第n个加热单元20，使得根据第(n-1)个储存元件16的电压和/或电容和/或输出功率和/或根据第(n-1)个加热单元20的操作持续时间来操作第二个至第n个加热单元20。更准确地说，当借助于传感器所求出的表示第(n-1)个储存元件16的电压和/或电容和/或输出功率的值和/或表示第(n-1)个加热单元20的操作持续时间的值达到预设的阈值时，能够分别操作第二个至第n个加热单元20。

在当前的实施例中，控制单元26设计用于，操作加热单元20，使得这些加热单元连续地依次被操作。替选地，控制单元26能够设计用于，同时和/或在时间上重叠地操作加热单元20。

参照图3在下文中描述用于电池系统12的待通过控制单元26执行的加热方法。在第一步骤s1中开始加热过程，接着首先在步骤s2中将运行变量i设置为等于1。

相应地，在步骤s3和s4中首先借助于第一加热单元20a有针对性地使第一储存元件16a增温。如从图3中所看到的那样，只要第一储存元件16a的温度t1小于阈值ts，那么操作第一加热单元从而使第一储存元件16a增温。更准确地说，通过将出自储存单元24的电能输送给第一加热单元20a的方式来进行第一加热单元20a的操作。

一旦第一储存元件16a已达到阈值ts，那么在步骤s5至s8中将其它储存元件16b-n连续地增温到阈值温度ts，其方式是：连续地操作第二个至第n个加热单元20b-n。在此，分别将第(n-1)个储存元件16的电能输送给第二个至第n个加热单元20。

只要是可应用的，在实施例中描述中的所有单个的特征能够彼此组合和/或被替换，而并不脱离本实用新型的范围。

附图标记列表

10电动车

12电池系统

14电蓄能器

16储存元件

18电池组

20加热单元

22加热元件

24储存单元

26控制单元

n储存元件和加热单元的数量

i运行变量

ti第i个储存元件的温度

ts温度的阈值