本發(fā)明涉及一種用于運行電池的至少兩個在電氣方面并聯(lián)的電池單體的方法，該電池用于機動車，其中，電池單體中的每個具有帶有兩個電極的電元件和用于容納所述電元件的電池單體殼體，電池單體殼體具有兩個接頭并且所述電極中的每個與電池單體的分別一個接頭電耦聯(lián)。本發(fā)明此外涉及電池以及具有電池的機動車。

背景技術：

從現(xiàn)有技術中已知，各個電池單體例如通過匯流排或者電力線電連接成電池或者說電池系統(tǒng)。這種電池當今尤其作為牽引電池使用在機動車、例如電動車或者混合動力車中用于驅(qū)動所述機動車。在此，電池單體可以串聯(lián)或者并聯(lián)?；谌缦率聦崳丛陔姵貑误w并聯(lián)時沿著匯流排或者說電力線得出不同的電阻路徑長度，電池單體此外具有不同的內(nèi)阻以及額外地在所述匯流排和相應的電池單體接頭之間的相應的聯(lián)結(jié)點中存在不同的接觸電阻，而在并聯(lián)連接中對于相應的電池單體形成不同的電流加載。

也就是說，因為在并聯(lián)連接中在所有電池單體處施加有相同的電壓，所以由于不同的電阻得出電池單體的不同的電流。在此，總電阻路徑較小的電池單體比具有較高的總電阻路徑的電池單體更強地被加載。由于電池單體在并聯(lián)連接中這種不同的加載或者說由于這種不均勻的荷載引起各個電池單體的以及由此整個電池的使用壽命和生產(chǎn)率(性能)的限制。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務是，提供一種解決方案，借助于所述解決方案能夠使得電池單體特別經(jīng)濟地并且由此延長使用壽命地運行。

所述任務根據(jù)本發(fā)明通過具有根據(jù)獨立權(quán)利要求所述特征的方法、電池以及機動車得到解決。本發(fā)明的有利的實施方案是從屬權(quán)利要求、說明書和附圖的主題。

根據(jù)本發(fā)明的方法用于運行用于機動車的電池的至少兩個在電氣方面并聯(lián)的電池單體。在此，電池單體中的每個具有電元件和用于容納所述電元件的電池單體殼體，所述電元件具有兩個電極，電池單體殼體具有兩個接頭。此外，所述電極中的每個與電池單體的分別一個接頭電耦聯(lián)。此外，從電池單體分別測量狀態(tài)參數(shù)的值。將電池單體的狀態(tài)參數(shù)的這些值相互比較。當這些值彼此間的偏差處于規(guī)定的容差范圍之外時，對至少一個電池單體的至少是在一個電極和所述接頭中的一個接頭之間的電阻以及因此對至少一個電池單體的電流加載如下地進行調(diào)節(jié)，使得所述偏差處于規(guī)定的容差范圍之內(nèi)。

每個電池單體中的電元件尤其設計為二次電池，其為了給電氣部件供電能夠放電并且在放電之后又能夠充電。所述電元件布置在電池單體殼體中，其中，電元件的電極中的第一個電極與所述接頭中的第一個電耦聯(lián)，所述電元件的電極中的第二個電極與所述接頭的第二個電耦聯(lián)。由此，在所述接頭處能夠截取(abgegriffen)由所述電元件提供的電能或者用于充電的能量能夠通過所述接頭饋送給所述電元件。

電池單體在電氣方面并聯(lián)。在此，例如通過匯流排或者電力線，電池單體的第一接頭分別相互電連接以及電池單體的第二接頭相互電連接。也可以設置，至少兩個電池單體在電氣方面并聯(lián)成一個電池模塊并且所述電池模塊例如與至少一個另外的、同樣類型的電池模塊電串聯(lián)成電池。

對于電池單體、尤其對于電池單體中的每個，現(xiàn)在例如由電池單體的傳感器裝置檢測所述狀態(tài)參數(shù)的值并且將電池單體的狀態(tài)參數(shù)的值相互比較。此外，這些值例如可以傳輸?shù)缴弦患壍目刂蒲b置處。為了傳輸，電池單體中的每個可以具有通信裝置(例如以無線天線的形式)，這些值能夠通過所述通信裝置無線地傳輸。

所追求的是，使電池的所有電池單體的狀態(tài)參數(shù)的值大約相等，即所述值之間的偏差大約為零。然而，當所述值彼此偏差超過預先確定的容差范圍時，那么這能表明各個電池單體在并聯(lián)連接中不對稱的加載或者電池單體的損壞。

此外，在至少一個電池單體的至少一個電極和與該至少一個電極耦聯(lián)的接頭之間的電阻動態(tài)地進行調(diào)整。換句話說這意味著，所述至少一個電池單體的內(nèi)阻動態(tài)地改變。通過內(nèi)阻的動態(tài)調(diào)整，所述至少一個電池單體的電流加載得到調(diào)節(jié)，用以由此使得各個電池單體的狀態(tài)參數(shù)的值的偏差彼此補償。

例如當僅僅一個電池單體的狀態(tài)參數(shù)的值與其他電池單體的狀態(tài)參數(shù)的值有偏差時，所述偏差的電池單體的電阻能夠被動態(tài)地調(diào)節(jié)。通過這種調(diào)節(jié)，所述偏差的電池單體的狀態(tài)參數(shù)的值能夠得到調(diào)節(jié)，從而其例如具有與其他電池單體的狀態(tài)參數(shù)相同的值。也可以的是，所有電池單體的電阻進行動態(tài)地調(diào)節(jié)，用以使得所有電池單體的狀態(tài)參數(shù)的值彼此相稱。

通過各個電池單體的電阻的這種動態(tài)的調(diào)節(jié)能夠以有利的方式提高電池單體的使用壽命和生產(chǎn)率

特別優(yōu)選地，尤其測量在相應的電池單體的至少一個電極和相應的接頭之間的電流作為狀態(tài)參數(shù)。換句話說這意味著，將各個電池單體的電流相互比較。因為，如已經(jīng)解釋的那樣，在并聯(lián)連接中各個電池單體的不同的電流加載導致關于使用壽命和性能的限制，所以這種不同的電流加載能夠通過每個電池單體的內(nèi)阻的動態(tài)的調(diào)節(jié)得到補償。

為了測量所述電流，電池單體中的每個可以具有電流傳感器，其尤其檢測相應的電池單體的電極和接頭之間的電流。這些電流值例如能夠被傳輸?shù)缴弦患壍目刂蒲b置處，其將各個電池單體的電流值相互比較。當各個電流值之間的偏差處于規(guī)定的容差范圍之外時，那么所述控制裝置能夠如下程度地改變在至少一個電池單體的至少一個電極和接頭之間的電阻以及由此改變所述至少一個電池單體的電流加載，直至所有電流值大約相同。

因為，在并聯(lián)連接時相同的電壓施加在所有電池單體處，所以通過動態(tài)的內(nèi)阻調(diào)節(jié)、即電極和相應的接頭之間的電阻的動態(tài)的調(diào)節(jié)能夠使得不同的電流加載得到補償以及由此使得各個電池單體的對稱的電流加載得到保證。

也可以設置，測量相應的電池單體的電池單體殼體之內(nèi)的溫度作為狀態(tài)參數(shù)。為此，電池單體例如可以分別具有溫度傳感器，并且例如通知上一級的控制裝置溫度的值。例如當電池單體中的一個過熱時(例如由于電池單體中局部的溫度提高或者所謂的“熱點”)，那么這個電池單體的溫度與其他電池單體的溫度存在偏差。一旦這種偏差處于容差范圍之外，則尤其提高這個電池單體的內(nèi)阻，使得電池單體的電流加載以及由此降低電池單體的溫度。

也可以的是，所述控制裝置根據(jù)提高的溫度識別出電池單體的損壞。在這種情況下，電池單體的電阻能夠最大地被提高，從而電流被中斷。

根據(jù)本發(fā)明的改進方案，檢測相應的電池單體的荷電狀態(tài)作為所述狀態(tài)參數(shù)。為此，電池單體中的每個例如可以具有電壓傳感器，其檢測所述相應的電池單體的電池電壓并因此檢測荷電狀態(tài)。因此，在電池充電時能夠通過檢測所述荷電狀態(tài)或者說soc(stateofcharge)以及動態(tài)地調(diào)節(jié)所述各個電池單體的內(nèi)阻使得電流供給針對性地調(diào)節(jié)所述相應的電池單體的荷電狀態(tài)。由此，能夠通過以下方式防止各個電池單體過充電，即例如電池單體的內(nèi)阻隨著提高的荷電狀態(tài)而提高。由此，整個電池的性能得到提升。在電池放電時，能夠通過檢測所述荷電狀態(tài)和動態(tài)地調(diào)節(jié)所述電阻防止各個電池單體的深度放電。

優(yōu)選地，為了調(diào)節(jié)所述電阻而運行電子開關元件、尤其是半導體開關(halbleiterschalter)。在此，電池單體的至少一個電極通過所述電子開關元件與相應的接頭連接。尤其是各電池單體的兩個電極分別通過電子開關元件與相應的接頭連接。在電子開關元件的情況下，電流能夠借助于控制信號、例如在所述電子開關元件處的控制電壓被控制。所述電子開關元件例如可以由上一級的控制裝置或者由電池單體自身的控制裝置驅(qū)控。

電子開關元件(其例如設計為功率mosfet(金屬氧化物半導體場效應晶體管)或者設計為igbt(絕緣柵雙極晶體管))能夠依賴于所述控制電壓在不同的區(qū)域中運行。當所述電子開關元件在截止區(qū)域中運行時，即當所述控制電壓低于規(guī)定的閾值時，所述電子開關元件截止或者說阻斷在所述電極和相應的接頭之間的電流。這意味著，在所述電極和所述接頭之間的電子電阻最大。當兩個電極分別通過電池單體的電子開關元件與相應的接頭連接時，電池單體由此能夠通過截止兩個電極和接頭之間的電流完全地與并聯(lián)連接的其他電池單體脫耦。

當所述電子開關元件運行在線性區(qū)域或者說三極管區(qū)域中時，能夠通過提高所述控制電壓使得電流線性地提高。

當電子開關元件在飽和區(qū)域中運行時，那么從某一確定的控制電壓開始能夠在所述接頭和所述電極之間流動有恒定的最大的電流。這意味著，在所述電極和所述接頭之間的電阻最小。

通過運行所述電子開關元件能夠以特別簡單的和可靠的方式實施動態(tài)的電阻調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的改進方案規(guī)定，為了調(diào)節(jié)所述電阻使得所述電子開關元件運行在線性區(qū)域中，其中所述電子開關元件具有歐姆電阻的特性。在所述線性區(qū)域中，通過所述電子開關元件的電流以及由此在所述電極和所述接頭之間的電流能夠與施加的控制電壓成正比地得到改變。因此通過提供相應的控制電壓能夠調(diào)節(jié)所述電極和所述接頭之間的電阻。在此，對于每個電池單體，能夠尤其作為模擬信號單個地規(guī)定所述控制電壓并且由此使得對于每個電池單體單個地規(guī)定所述電阻。此外，電池單體的開關元件的相應的驅(qū)控例如能夠由電池單體自身的控制裝置或者由上一級的控制裝置實施。

根據(jù)本發(fā)明的另外的設計方案，為了調(diào)節(jié)所述電阻而使得所述電子開關元件節(jié)拍地運行。換句話說這意味著，所述開關元件交替地在所述截止區(qū)域和所述飽和區(qū)域中運行。此外，能夠規(guī)定數(shù)字的信號、特別優(yōu)選地脈寬調(diào)制的信號用于控制所述電子開關元件。相應的電阻或者說電流在此通過節(jié)拍的信號的脈沖持續(xù)時間進行調(diào)節(jié)。當多個電池單體的電阻動態(tài)地得到調(diào)節(jié)時，那么能夠為電池單體中的每個規(guī)定單個的信號。數(shù)字的信號是特別有利的，因為其能夠特別可靠地并且?guī)缀鯚o干擾地(例如由上一級的控制裝置)進行傳輸。

此外，本發(fā)明包括用于機動車的電池，其具有至少兩個在電氣方面并聯(lián)的電池單體，其中，電池單體中的每個具有帶有兩個電極的電元件和用于容納所述電元件的電池單體殼體，電池單體殼體具有兩個接頭，所述電極中的每個與電池單體的分別一個接頭電耦聯(lián)。此外，電池單體中的每個具有至少一個傳感器裝置用于檢測狀態(tài)參數(shù)的值。額外地，所述電池具有控制裝置，所述控制裝置設計用于，將每個電池單體的狀態(tài)參數(shù)的值相互進行比較并且在值的偏差超過規(guī)定的容差范圍的情況下，調(diào)節(jié)至少一個電池單體的至少一個電極和至少一個接頭之間的電阻以及因此調(diào)節(jié)至少一個電池單體的電流加載，使得偏差處于所述規(guī)定的容差范圍之內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的機動車包括至少一個根據(jù)本發(fā)明所述的電池。所述機動車例如可以設計為轎車、尤其是設計為電動車或者混合動力車。所述機動車然而也可以實施為電運行的摩托車或者自動車。

然而也可行的是，所述電池設置在靜止的能量存儲器系統(tǒng)中。在此，例如可以規(guī)定，過去被在機動車中提供的電池在所述靜止的能量存儲器系統(tǒng)中繼續(xù)使用作為所謂的二次利用電池(secondlifebatterie)。

參考按照本發(fā)明的電池單體提出的優(yōu)選的實施方式和其優(yōu)點相應地適用于根據(jù)本發(fā)明的電池以及根據(jù)本發(fā)明的機動車。

附圖說明

接下來，本發(fā)明現(xiàn)在根據(jù)優(yōu)選的實施例以及也在參考附圖的情況下更詳細地解釋。

其中，

圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術的電池單體的等效電路圖，電池單體通過匯流排相互連接；

圖2示出電池的截面的示意性的圖示；以及

圖3示出電池單體的示意性的圖示，其中電阻能夠借助于電子開關元件改變。

具體實施方式

在附圖中，相同的或者功能相同的元件設有相同的附圖標記。

接下來解釋的實施例涉及本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式。然而，在所述實施例中，實施方式的說明的構(gòu)件分別形成本發(fā)明的各個能夠彼此獨立看待的特征，其分別也彼此獨立地改進本發(fā)明并且由此也要單個地或者以不同于示出的組合的形式看作本發(fā)明的組成部分。此外，說明的實施方式也能夠通過本發(fā)明的另外已經(jīng)說明的特征補充。

圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的電池1的截面的等效電路圖，所述電池具有8個電池單體3。所述電池1包括電池模塊2形成的串聯(lián)電路，其中此處示意性地示出兩個電池模塊2的等效電路圖。所述電池模塊2中的每個具有由多個電池單體3形成的并聯(lián)電路，其中此處對于每個電池模塊2示意性地示出四個電池單體3形成的等效電路圖。電池單體3在所述電池模塊2內(nèi)通過電導體4、例如匯流排或者電力線并聯(lián)。此外，所述電池模塊2通過導體4串聯(lián)成電池1。

在多個電池單體3這樣并聯(lián)連接時產(chǎn)生不同的路程長度以及因此不同的總電阻路徑(gesamtwiderstandspfande)。在此，電阻rl1,rl2,rl3,rl4,rl5,rl6,rl7,rl8表示分別要跨接的不同的路程長度直至節(jié)點或者說總電流積聚部位m。電阻rc1,rc2,rc3,rc4,rc5,rc6,rc7,rc8表示在電池單體2的相應的接頭和匯流排或者說電力線之間的接觸電阻。rm表示從左側(cè)示出的第一電池模塊2到右側(cè)示出的下一個電池模塊2的電流接觸電阻路徑(stromübergangswiderstandspfad)?？傠娏鱥m通過所述節(jié)點m從所述第一電池模塊2流動到所述第二電池模塊2中。

電池單體3通過不同的電阻rl1,rl2,rl3,rl4,rl5,rl6,rl7,rl8,rc1,rc2,rc3,rc4,rc5,rc6,rc7,rc8不同地加載，也就是說電池單體3的電流i1,i2,i3,i4,i5,i6,i7,i8會彼此偏差。根據(jù)現(xiàn)有技術，所述電池1的電池單體3的這種不同地加載會導致所述電池1的使用壽命受到限制并且由此導致所述電池1提早失效。

圖2示出了電池5的截面，借助于所述電池能夠避免根據(jù)現(xiàn)有技術的電池1的缺點。所述電池5包括由電池模塊6組成的串聯(lián)電路，其中在此示意性地示出了兩個電池模塊6。所述電池模塊6中的每個具有由多個電池單體10構(gòu)成的并聯(lián)電路，其中在此對于每個電池模塊6示意性地示出四個電池單體10。這樣的電池5例如可以布置在在此沒有示出的機動車中用于驅(qū)動所述機動車。這樣的電池5然而也可以設置在在此沒有示出的靜止的能量供應系統(tǒng)中。

電池單體10中的每個(如其示例性地在圖3中示出的那樣)包括電池單體殼體12。在電池單體殼體12內(nèi)布置有電元件14，其電極通過導體16、18與電池單體10的接頭20、22電耦聯(lián)。在此，正的電極通過所述導體16與電池單體10的第一接頭20或者說正極電連接，負的電極通過所述導體18與電池單體10的第二接頭22或者說負極電連接。

為了并聯(lián)，電池單體10的第一接頭20在所述電池模塊6內(nèi)電連接并且電池單體10的第二接頭22電連接。所述電池模塊6通過以下方式串聯(lián)地電連接，即左側(cè)示出的電池模塊6的第一接頭20與右側(cè)示出的電池模塊6的第二接頭22電連接。在所述電池模塊6之間的電連接和在電池單體10之間的電連接可以借助于匯流排7形成。

電池單體10中的每個具有內(nèi)阻ri，其由制造引起地和/或老化引起地會在電池單體10之間波動。也就是說，電池單體10中的每個可能具有不同的內(nèi)阻ri。由此并且基于與根據(jù)現(xiàn)有技術的電池1關聯(lián)地描述的不同的電阻路徑，電池單體10的電流i1,i2,i3,i4,i5,i6,i7,i8彼此會不同。電池單體10因此不對稱地被加載。為了保證均勻的電流加載，至少一個電池單體10的在所述電元件14的電極和同一個電池單體10的接頭20、22之間的電阻rds和由此電池單體10的總內(nèi)阻ri+rds能夠動態(tài)地調(diào)節(jié)。

為了檢測相應的電池單體10的電流i1,i2,i3,i4,i5,i6,i7,i8，電池單體10中的每個可以具有電流傳感器a(參見圖3)。所述被檢測的電流i1,i2,i3,i4,i5,i6,i7,i8能夠被傳輸?shù)皆诖藳]有示出的上一級的控制裝置處。為此，電池單體10中的每個可以具有通信裝置32，其例如設計成無線天線的形式并且能夠例如通過wlan或者藍牙將所述電流傳感器a的數(shù)據(jù)發(fā)送到所述上一級的控制裝置處。

電流i1,i2,i3,i4,i5,i6,i7,i8的值例如由控制裝置相互進行比較。當所述電流i1,i2,i3,i4,i5,i6,i7,i8的值的偏差(由于不對稱地加載)處于規(guī)定的容差范圍之外時，那么在至少一個電池單體10的電元件14的一個電極和相應的接頭20、22之間的電阻rds動態(tài)地改變。所述電阻rds在此如下地進行調(diào)節(jié)，使得所述電流值i1,i2,i3,i4,i5,i6,i7,i8的偏差處于規(guī)定的容差范圍之內(nèi)。

由此，尤其例如由于較小的總電阻路徑而被較高地加載的電池單體10的電阻rds能夠被提高。由此，對于這個電池單體10的電流加載能夠被減少。例如由于較大的總電阻路徑而被較低地加載的電池單體10的電阻rds能夠被降低，從而這個電池單體10的電流加載得到提高。

為了調(diào)節(jié)所述接頭20、22和所述電元件14的電極之間的電阻rds，電池單體10中的每個如在圖3中示出的那樣能夠具有至少一個電子開關元件24、26。在圖3中示出，正的電極借助于第一電子開關元件24與電池單體10的第一接頭20或者說正極電耦聯(lián)，負的電極借助于第二電子開關元件26與電池單體10的第二接頭22或者說負極電連接。所述開關元件24、26尤其實施為半導體開關元件、例如實施為具有可變的通過電阻的功率晶體管。

借助于所述開關元件24、26，例如能夠通過提供相應的控制電壓規(guī)定所述電極和所述接頭20、22之間的電流。所述開關元件24、26例如可以運行在截止區(qū)域，其中在最大的通過電阻(r＝∞)的情況下，所述導體16、18和所述電的接頭20、22之間的導電連接以及由此在所述電元件14和所述接頭20、22之間的導電連接被中斷。

開關元件24、26可以在線性區(qū)域運行，其中電流通過提高或者降低所述控制電壓能夠線性地提高或者降低。在所述線性區(qū)域中，所述開關元件24、26因此具有如歐姆電阻那樣的特性。

當所述電子開關元件24、26在飽和區(qū)域中運行時，從某一確定的控制電壓開始，在通過電阻(r＝0)最小時，在所述接頭20、22和所述電元件14之間能夠流動恒定的最大的電流。

開關元件24、26例如可以由電池單體內(nèi)部的控制裝置28驅(qū)控并且在相應的區(qū)域中運行。由此，例如在檢測的電流值超過所述容差范圍偏差時，電池單體10的電池單體內(nèi)部的控制裝置28能夠由所述上一級的控制裝置例如通過通信裝置32動作，其電阻rds要動態(tài)地改變。接下來，通過電池單體內(nèi)部的控制裝置28驅(qū)控至少一個開關元件24、26，其調(diào)節(jié)在所述電極和所述相應的接頭20、22之間的電流。開關元件24、26例如可以通過規(guī)定模擬的控制信號在線性區(qū)域中運行或者通過規(guī)定數(shù)字的信號節(jié)拍地運行。

此外，電池單體10如在圖3中示出的那樣具有傳感器裝置30，在此借助于傳感器裝置能夠檢測電池單體10的溫度t、壓力p和加速度b。當例如各個電池單體10的溫度t彼此偏差時、即在不對稱的溫度加載的情況下，各個電池單體10的溫度t能夠通過電流加載的變化、也就是說通過電阻rds的變化得到調(diào)節(jié)。在這種情況下，電池單體10雖然具有不同的電流加載，然而通過這種不同的電流加載使得各個電池單體10的溫度得到規(guī)定并且彼此相稱。

也可能的是，例如一個電池單體10的溫度t由于電池單體10的損壞超過對于溫度規(guī)定的閾值。由此所述開關元件24、26例如能夠由電池單體內(nèi)部的控制裝置28都運行在截止區(qū)域中。由此，電池單體10與所述電池5脫耦。

此外，電池單體10在此具有電壓傳感器v用于檢測電池單體10的電池單體電壓以及由此檢測荷電狀態(tài)。由此，所述電阻rds也能夠調(diào)節(jié)各個電池單體10的荷電狀態(tài)。由此能夠保證，所有的電池單體10都均勻地充電和/或放電，并且尤其沒有被過充電和/或深度放電。