用于运行蓄电池设备的方法和装置与流程

1.本发明涉及一种用于运行蓄电池设备、尤其是电驱动车辆的牵引用蓄电池设备的方法和装置。此外，本发明涉及一种具有上述装置的蓄电池设备、尤其是电驱动车辆的牵引用蓄电池设备。
2.

背景技术：
和发明任务锂离子蓄电池单池或具有可比特性的其他蓄电池单池（batteriezellen）尤其被使用在蓄电池设备中，尤其是被使用在电驱动车辆的牵引用蓄电池设备中用于驱动所述电驱动车辆。
3.在此，蓄电池单池应该在尽可能高的工作温度下被运行，因为蓄电池单池中的电解质的电导率随着工作温度升高而增加，由此蓄电池单池的效率和从而蓄电池设备的效率又随着蓄电池温度的升高而升高。
4.然而另一方面，蓄电池单池中的一些电解质、尤其是一些液态电解质的热稳定性从特定的温度起迅速地下降，并且电解质从该温度起开始分解。这又导致蓄电池单池的不能控制的失效（ausfall）。该特定的温度通常被称为“蓄电池特定的热稳定性极限”。在此，热稳定性极限取决于蓄电池单池的许多外部和内部因素，并且在蓄电池单池的使用寿命上变化。因此，不能提前确定或规定热稳定性极限。
5.如在许多其他技术设备的情况下常见的那样，在蓄电池设备的情况下存在尽可能安全地和高效地运行所述蓄电池设备的一般要求。
6.因此，本技术的任务在于提供一种可能性，利用所述可能性，具有多个蓄电池单池的蓄电池设备可以尽可能地在蓄电池单池处无失效的情况下高效地被运行。


技术实现要素：

7.该任务通过独立权利要求的主题来解决。有利的设计方案是从属权利要求的主题。
8.根据本发明的第一方面，提供一种用于运行蓄电池设备、尤其是电驱动车辆的牵引用蓄电池设备的方法，所述蓄电池设备具有布置在蓄电池设备的蓄电池壳体的内部中的多个蓄电池单池。
9.根据该方法，（持续地或重复地）检测在蓄电池壳体的内部中、尤其是在各自的蓄电池单池处或在各自的蓄电池单池中的（至少）预定流体的（至少）流体浓度。在此，可以在蓄电池壳体之内和蓄电池单池之外的位置处测量流体浓度。随后（持续地）将所检测的流体浓度与（至少）预先给定的浓度阈值进行比较。如果或一旦所检测的流体浓度超过浓度阈值，则（动态地）适配或调整蓄电池设备的最大允许工作温度。然后蓄电池设备（持续地）被运行，使得最大允许工作温度不被超过。
10.在蓄电池壳体的内部中、尤其是在各自的蓄电池单池处或在各自的蓄电池单池中的预定流体的流体浓度尤其是在蓄电池设备的整个使用寿命上持续地连续地或以预先给定的规则间隔重复地被检测并且持续地与至少一个或多个预先给定的浓度阈值比较。如果
所检测的流体浓度超过所述一个/多个浓度阈值，则动态地适配或调整蓄电池设备的最大允许工作温度。在直至下一适配为止的随后的运行阶段中，蓄电池设备于是持续地被运行，使得最大允许工作温度在该运行阶段中不被超过。
11.在此，尤其是选择蓄电池单池材料的分解产物作为预定流体，所述分解产物的浓度变化与其中蓄电池单池的（可变的）蓄电池特定的热稳定性极限被超过并且其中蓄电池单池材料开始分解的蓄电池单池状态有直接因果关联。根据这种流体的浓度变化，从而可以得出超过（可变的）蓄电池特定的热稳定性极限的结论。通过适当地选择流体可以提早地识别在蓄电池单池处的分解现象。相应地，蓄电池单池温度可以及时地被降低到最大允许工作温度或动态热稳定性极限。如果最大允许工作温度或动态热稳定性极限是已知的，则蓄电池设备或蓄电池单池可以在不超过热稳定性极限的尽可能高的温度下被运行。
12.通过基于预定流体的（持续地或重复地）检测的流体浓度动态地适配最大允许工作温度并且随后在最大允许工作温度处或低于最大允许工作温度地运行蓄电池设备直至下一适配为止，蓄电池设备或蓄电池单池可以在其整个使用寿命上以爱惜的方式并且同时高效地被运行。蓄电池单池材料的继续的分解因此被防止或被限制到最小无危险程度上。相应地，避免在蓄电池单池处的取决于温度的失效并且从而延长蓄电池单池材料的使用寿命。
13.在此，蓄电池设备或蓄电池单池在始终（并且尤其是在蓄电池设备或蓄电池单池的整个使用寿命上）并且例如恰好处于动态适配的最大允许工作温度或低于动态适配的最大允许工作温度1%、2%、5%、8%、10%、15%或最大20%的工作温度下被运行。
14.由此，蓄电池设备或蓄电池单池在尽可能高的工作温度下被运行，而在此不超过蓄电池特定的热稳定性极限。因此，提供了一种可能性，利用所述可能性可以在无值得注意的取决于温度的失效的情况下高效地运行蓄电池设备。
15.蓄电池单池例如被构造为锂离子蓄电池单池或具有可比特性的其他蓄电池单池。相应地，蓄电池设备例如被构造为锂蓄电池设备。
16.例如，作为预定流体的流体浓度，检测预定气体的浓度，所述预定气体是蓄电池单池的电解质的分解产物之一。
17.例如，作为预定气体的浓度，检测氢“h2”的浓度、二氧化碳“co2”的浓度、一氧化碳“co”的浓度或碳氢化合物的浓度。上述气体作为蓄电池单池的电解质的分解产物。蓄电池壳体的内部中的这些气体的浓度的升高是针对已超过蓄电池单池的最大允许工作温度的指示符。
18.例如，将所检测的流体浓度与蓄电池设备的预定工作温度-浓度转换表格（查找表）的浓度阈值进行比较。然后根据工作温度-浓度转换表格并且基于比较结果调整最大允许工作温度。例如，针对蓄电池单池的不同寿命分段或针对蓄电池单池的不同状态值（soh值，以英文为“state of health（剩余电量）”），大量事先确定的最大允许工作温度被存储在该表格中。然后根据蓄电池单池的各自的当前寿命分段或soh值，从表格中读出相应的浓度阈值，并且与当前检测的流体浓度进行比较。
19.例如，将所检测的流体浓度与其他预先给定的临界浓度阈值进行比较。如果并且一旦所检测的流体浓度超过其他临界浓度阈值，则识别出在蓄电池设备处的临界情形。在识别出临界情形时，例如以警告信号的形式输出故障消息。可选地，蓄电池设备以受控方式
被关断。利用该措施，提早地识别蓄电池单池处的所谓热失控（durchgehen）的即将发生的危险，并且通过发出故障消息来采取对策，例如关断蓄电池设备。
20.例如，检测流体浓度、与浓度阈值进行比较并且适配最大允许工作温度以及必要时还识别临界情形以及输出故障消息的前述步骤在蓄电池设备的尤其是整个的使用寿命上连续地或以预先给定的时间间隔持续地并且迭代地被执行。
21.例如，蓄电池设备通过冷却或加热被调温，使得蓄电池设备（稍微）低于最大允许工作温度或（恰好）在最大允许工作温度处被运行。在此，尤其是蓄电池设备恰好在最大允许工作温度处或稍微低于最大允许工作温度被运行。
22.例如，除了流体浓度之外，还检测蓄电池壳体的内部中的气压。在这种情况下，除了流体浓度之外，还基于所检测的气压调整最大允许工作温度。与气压值一起检测流体浓度的主要影响因素之一，并且在适配时被考虑。由此提高适配的可靠性。
23.根据本发明的第二方面，提供一种用于运行蓄电池设备、尤其是电驱动车辆的牵引用蓄电池设备的装置，所述蓄电池设备具有布置在蓄电池壳体的内部中的多个蓄电池单池。
24.该装置具有测量单元，所述测量单元被设立用于持续地连续地或以预先给定的时间间隔定期地检测蓄电池壳体的内部中的预定流体的流体浓度。
25.该装置此外具有比较单元，所述比较单元被设立用于将由测量单元检测的流体浓度持续地与（至少）预先给定的浓度阈值进行比较。
26.该装置此外具有适配单元，所述适配单元被设立用于如果并且一旦所检测的流体浓度超过浓度阈值，则持续地动态地调整蓄电池设备的最大允许工作温度。
27.该装置此外具有调节/控制单元，所述调节/控制单元被设立用于运行蓄电池设备直至所述最大允许工作温度的下一调整，使得当前最大允许工作温度不被超过。
28.根据本发明的第三方面，提供一种蓄电池设备、尤其是电驱动车辆的牵引用蓄电池设备。
29.蓄电池设备具有蓄电池装置，所述蓄电池装置具有蓄电池壳体和多个蓄电池单池，其中蓄电池单池布置在蓄电池壳体的内部中。蓄电池设备此外具有用于运行蓄电池设备的先前描述的装置。
30.上面描述的方法的有利设计方案只要此外能够转用到上述装置或上述蓄电池设备，也可以被视为上述装置或上述蓄电池设备的有利设计方案。
附图说明
31.下面参照所附附图更详细地阐述本发明的示例性实施方式。在此，唯一的图以示意图的方式示出根据本发明的示例性实施方式的具有用于运行蓄电池设备bv的装置ao的蓄电池设备bv。
具体实施方式
32.在该实施方式中构造为电驱动车辆的牵引用蓄电池设备的蓄电池设备bv具有蓄电池壳体bg和由大量蓄电池单池bz组成的蓄电池组，所述蓄电池单池布置在蓄电池壳体bg中并且还受所述蓄电池壳体保护免受机械和其他外部影响。作为蓄电池单池bz例如安装锂
离子蓄电池单池。
33.此外，蓄电池设备bv具有用于对蓄电池设备bv或蓄电池单池bz进行调温（temperieren）、也即冷却或加热的调温单元te。调温单元te例如具有冷却器，所述冷却器具有用于使预调温的冷却液、诸如冷却水通过（durchleiten）的冷却通道。
34.蓄电池壳体bg例如在壳体壁处具有开口of，空气或气体可以通过所述开口从蓄电池壳体bg的内部流动到蓄电池壳体bg的环境中和/或相反地流动。通过开口of使蓄电池壳体bg的内部中的气压与蓄电池壳体bg的环境中的气压均衡（angeglichen）。
35.具有蓄电池单池bz的蓄电池设备bv的效率随着蓄电池单池温度升高而升高，因为在蓄电池单池bz中使用的电解质的电导率随着蓄电池单池温度升高而增加，并且因此蓄电池单池bz的内阻随着蓄电池单池温度升高而减小。仅仅从这一角度来观察，蓄电池设备bv或蓄电池单池bz应该在尽可能高的蓄电池单池温度或室温下被运行。
36.另一方面，在蓄电池单池bz中存在的特定液态电解质具有有限的热稳定性并且从特定的（极限）温度或蓄电池特定的热稳定性极限起开始分解。在此，作为该分解过程的许多分解产物之一形成氢，所述氢首先以气态方式在蓄电池壳体bg的内部中积聚，并且渐渐地经由蓄电池壳体bg处的开口of从蓄电池壳体bg中逸出。该蓄电池特定的热稳定性极限表示蓄电池单池bz或蓄电池设备bv的最大允许工作温度并且不应被超过。在此，该热稳定性极限绝对不是在蓄电池单池bz的整个使用寿命上不变的（极限）温度，而是在蓄电池单池bz的使用寿命上受蓄电池单池bz的许多内部和外部影响因素影响地不断地变化。如果蓄电池单池bz在高于热稳定性极限的工作温度下被运行，则蓄电池单池bz的液态电解质的盐、尤其是锂盐以不能控制的方式相互反应。这导致在蓄电池单池bz处的不可逆的损坏并且因此导致这些蓄电池单池bz的快速老化以及甚至导致过早失效。为了抵抗这一点（diesem），蓄电池单池bz应该超越其整个使用寿命尽可能连贯地在不高于动态热稳定性极限的蓄电池单池温度或室温下被运行。
37.此外，蓄电池设备bv或蓄电池单池bz应该尽可能少地被调温、也即被冷却或加热，以便避免不必要的能量成本。由于用于调温的功率通常从蓄电池单池bz本身中提取，所以蓄电池设备bv的不必要的调温导致蓄电池设备bv的否则有效地可应用的功率量的不必要的减少。
38.为了能够鉴于所有三个上述角度最优地运行蓄电池设备bv，蓄电池设备bv具有用于运行蓄电池设备bv的装置ao。
39.装置ao例如被构造为蓄电池设备bv的电池管理系统的一部分并且尤其是具有测量单元me、比较单元ve、适配单元ae以及调节/控制单元re。
40.测量单元me被设立用于检测蓄电池壳体bg的内部中的至少一种预定流体的流体浓度。在此，测量单元me例如具有氢传感器，所述测量单元me利用所述氢传感器连续地或者以例如几百毫秒的预先给定的短时间间隔持续地重复地检测蓄电池壳体bg的内部中的氢的浓度。测量单元me将测量值转发给比较单元ve，所述比较单元ve在信号技术上接在测量单元me下游。
41.尽管氢渐渐地通过开口of从蓄电池壳体bg中逸出，但是测量单元me由于短的测量周期而可以以高的精度检测蓄电池壳体bg的内部中的氢浓度的暂时升高。
42.比较单元ve被设立用于将所检测的流体浓度与例如工作温度-浓度转换表格（查
找表）的预先给定的第一浓度阈值进行比较。在此，比较单元ve例如具有比较器，所述比较器将流体浓度的由测量单元me传送的测量数据与第一浓度阈值进行比较，并且将比较结果转发给接在下游的适配单元ae。
43.适配单元ae被设立用于基于由比较单元ve传送的比较结果动态地调整蓄电池设备bv或蓄电池单池bz的最大允许工作温度并且将经调整的最大允许工作温度转发给接在下游的调节/控制单元re。
44.调节/控制单元re被设立用于运行或控制和调节蓄电池设备bv。在此，蓄电池设备bv在处于、尤其是恰好处于最大允许工作温度、但是不高于最大允许工作温度的工作温度下运行。为此，调节/控制单元re被设立用于基于最大允许工作温度来控制或调节调温单元te，使得调温单元te将蓄电池设备bv或蓄电池单池bz加热或冷却到前述工作温度。
45.装置ao可选地具有例如第一气压传感器形式的气压测量单元，所述气压测量单元被设立用于检测蓄电池壳体bg的内部中的气压或时间气压变化并且将所检测的压力值转发给接在下游的比较单元ve。在这种情况下，查找表包含压力值作为其他参数。比较单元ve相应地被设立用于在考虑所检测的压力值的情况下将流体浓度的由测量单元me传送的测量数据与第一浓度阈值进行比较。
46.在描述了蓄电池设备bv连同装置ao的结构之后，下面详尽地描述其功能模式、尤其是装置ao的功能模式：为了在蓄电池设备bv或蓄电池单池bz的情况下提高效率和使用寿命，测量单元me尤其是借助于氢传感器在蓄电池设备bv的有效的运行期间但是也在有效的运行之外（即在静止阶段期间）持续地以及以预先给定的时间间隔定期地检测蓄电池壳体bg的内部中或蓄电池单池bz处的氢浓度。测量单元me将所测量的浓度值以模拟或数字测量数据的形式转发给接在下游的比较单元ve。
47.比较单元ve尤其是借助于比较器将由测量单元me传送的浓度值与例如上述查找表的预先给定的浓度阈值进行比较，并且将比较结果转发给接在下游的适配单元ae。
48.适配单元ae尤其是基于由比较单元ve传送的比较结果动态地调整蓄电池设备bv或蓄电池单池bz的最大允许工作温度并且将经调整的最大允许工作温度转发给接在下游的调节/控制单元re。
49.在直至下一适配为止的后续的运行阶段中，调节/控制单元re运行蓄电池设备bv的调温单元te，使得所述调温单元将蓄电池设备bv或蓄电池单池bz加热或冷却到工作温度，所述工作温度恰好处于最大允许工作温度或比最大允许工作温度低约5%。在此，调节/控制单元re连续地监控蓄电池设备bv的工作温度，使得最大允许工作温度不被超过（或不被超过长于预先给定的持续时间）。
50.在此，最大允许工作温度优选地在蓄电池设备bv的整个使用寿命上连续地或者以预先给定的时间间隔持续地迭代地和动态地被调整。为此，前述方法步骤、也即检测氢浓度、将所检测的氢浓度与浓度阈值进行比较以及动态适配最大允许工作温度在蓄电池设备bv的整个使用寿命期间连续地或者以预先给定的时间间隔持续地迭代地被执行。
51.以这种方式，蓄电池设备bv或蓄电池单池bz始终在最优的工作温度处被运行。
52.可选地，蓄电池壳体bg的内部中的气压也被一起检测并且在用于适配最大允许工作温度时被使用。
53.可选地，比较单元ve将所检测的氢浓度值与其他预先给定的临界浓度阈值进行比较。如果或一旦由所检测的氢浓度值超过临界浓度阈值，则在蓄电池设备bv或蓄电池单池bz处认为临界情形、诸如热失控。在这种情况下，蓄电池设备bv受控地被关断并且故障消息被输出。