專利名稱：電池分級方法和設備的制作方法
電池分級方法 和設備本發明涉及將電池一尤其是用于機動車的電池——分級的方法和設備。在車輛電池的使用期間，其逐漸喪失其性能，因此帶來也許對車輛——尤其是電牽引車——的運行有害的影響。以控制這個性能喪失為目的，已經設想了用于計算電池的劣化度的設備和方法。因此，文件FR2841385考慮到計算多個劣化度，每個劣化度與一個所檢測的狀態值相關。然后在與狀態值相關的劣化度的基礎上計算總劣化度。在這個文件中公開的設備和方法的缺點是，每個劣化度總體上涉及電池插座。機動牽弓I車的電池通常由多個模塊組成，這些模塊本身由多個單元組成。因此，文件US7075194描述了一種允許實時地配置電池同時根據使用將元件彼此不同地連接的系統。元件的并聯連接有利于強烈地消耗電流的使用。元件的串聯連接有利于要求高電壓的使用。然而元件的老化不是均勻的，因為它依賴于每個元件所特有的熱環境、元件的初始特征、在早期老化的制造過程源中的漂移、在車輛中的從例如互連阻抗的觀點看可引起功率電路中的不平衡的情況。每個元件所特有的特征差異性隨著時間的流逝而變大，且電池喪失這些性能的全部或部分。電池的性能的喪失對車輛的性能、對其消耗以及因此對溫室效應氣體排放有直接影響。在目前技術水平上，設想分析整個電池并根據其總特征判斷其狀態，而不考慮組成其的元件的特征差異性。通過遵照這樣的方法，我們因此就更換電池，盡管只更換某些元件就足夠了。然而，放棄對電池的總特征的了解以局部集中在元件的單獨狀態上并不是可預見的，因為總特征直接影響電池的外部，尤其是車輛的運行。為了補救目前技術水平的缺點，本發明的目的是通過組裝被分成組的蓄電元件來實現的電池的分級方法，其包括下列步驟-估計老化度，每個老化度與不同的組相關；以及-根據所估計的老化度的統計分布參數來給電池分配表示在使用中的電池的潛在性能的分級水平。特別地，通過波導阻抗測量方法或內阻估計方法根據穿過元件組的電流的測量和電壓的測量來估計至少一組的老化度。有利地，該方法包括由第二組替換至少第一組以便維持電池的分級水平的步驟。特別地，第一組通過在電池中與第二組對調而被替換，在對調之前，第二組受到比第一組更弱的使用約束。更特別地，使用約束包括溫度。可選地，第一組由來自另一電池的具有更弱的老化度的第二組替換。仍然可選地，第一組由具有零老化度的第二組替換。在不同的可能的實施模式中，一組包括電池的全體元件，不管是電池的多個元件還是唯一的一個元件。優選地，統計分布參數包括老化度的平均值和/或所估計的老化度的最高值。本發明的目的也是分級通過組裝被分成組的蓄電元件來實現的電池的設備，其包括設置成執行下列操作的部件-估計老化度，每個老化度與不同的組相關；-根據所估計的老化度的統計分布參數來給電池分配表示在使用中的電池的潛在性能的分級水平。特別地，該部件被設置成通過波導阻抗測量方法或內阻估計方法根據穿過元件組的電流的測量和電壓的測量來估計至少一組的老化度。有利地，該設備包括維持蓄電元件來實現電池并允許由第二組替換至少第一組以便維持電池的分級水平的滑槽。更特別地，該部件包括分級水平和所估計的老化度的通信裝置。在該設備中，一組可包括電池的全體元件，不管是電池的多個元件還是唯一的一個元件。優選地，統計分布參數包括老化度的平均值和/或所估計的老化度的最高值。在參考所附示意圖接下來進行的解釋性描述中，本發明將被更好地理解，且本發明的其它目的、特征、細節和優點將看起來更清楚，作為例子唯一地給出的附圖示出本發明的實施方式，且其中-
圖1是根據本發明的設備的示意圖；-圖2示出根據本發明的方法的步驟；-圖3是統計分布與特征值的關系曲線；-圖4示出根據圖3的曲線的偏移的可能分級的例子。參考圖1，電池通過組裝兩個輸出端子15和16之間的蓄電元件1、2、3、4、5來實現。每個蓄電元件1、2、3、4、5提供在兩個接觸片20和21之間的電壓和內部阻抗。蓄電元件1、2、3、4、5被分成組，在組中間它們可彼此并聯或串聯連接，且這些組又可彼此分別串聯或并聯連接。在圖1所示的例子中，元件的接觸片20連接到端子15或前一元件的接觸片21。 我們因此可觀察到，被表示為包括五個元件的一組的電池串聯連接，或五個組并聯連接并且每個組僅包括一個元件。在端子16的上游的安培計13在電池被使用時允許測量由電池產生的電流。如果電池的元件在所示例子中總共是數量五，可理解，元件的總數可以是無區別地低于或高于五的任意數字。每個蓄電元件1、2、3、4、5插在軌道上或滑槽18之間，滑槽18允許元件容易滑動以便于其單獨地或成組地拆卸。軌道或滑槽18安裝在未示出的格架的垂直隔板上，且在其底上印制有用于將元件的接觸片連接到另一元件的接觸片的總線，例如，如在圖1中粗線所示的。理想地，接觸片20、21指向下方以當元件插入格架中的滑槽之間時開始與總線接觸。在元件之下并指向下方的接觸片20、21的布置允許避免短路，尤其是通過未示出的蓋，其通過封閉架子的上部來支撐在蓄電元件1、2、3、4、5上以確保接觸片與總線之間良好的電接觸。布置在每個元件的上部上的突緣19允許在蓋打開之后稍微抬起元件并因此允許斷開元件與總線。在稍微抬起的操作期間，沒有與其它元件短路的任何危險，因為后者通過指向格架的底的其接觸片的定向而被保護。部件22設置成實現現在參考圖2解釋的方法的步驟。步驟101在于估計單獨地與不同的組——尤其是包括唯一的元件的組——相關的老化度。被單獨地考慮的元件的老化度可用不同的方式來估計。通過借助于安培計13測量被電池釋放的電流并通過將電壓表接在接觸片20、21上以測量充電時元件釋放的電壓以便從中推斷出老化度，可在電池被使用時估計老化度。可通過時鐘來估計老化度，該時鐘測量當前時刻與元件被插入具有已知的老化度的電池的箱中時的先前時刻分隔開的持續時間。老化度有利地通過波導阻抗測量方法來估計。波導阻抗測量方法在于將已知值的可變電流注入待控制的元件或元件組中并測量由此對元件、相應地對元件組的端子導致的電壓的變化。可變電流被注入以便唯一地在元件或元件組中被添加到零基極電流或尤其在電池中循環的非零電流。因此可測量被單獨地考慮的每個元件或元件組的阻抗，而不需要知道空電壓或元件的接觸片上的電壓降，其由基極電流的循環引起。部件22設置成通過電流發生器23注入可變電流。電流發生器23以已知的方式實現，例如借助于在運行中通過運算放大器伺服的雙極發電機，其在電壓上有安全飽和。在第一實施方式(未示出)中，部件22是包括測量插孔的便攜式儀器(非車載)， 每個測量插孔連接到電流發生器23的一極。于是將部件22的測量插孔接在元件的接觸片 20和21或元件組的末端上。基于插孔之間的電壓的變化的測量，部件22從其推斷出元件或元件組的阻抗，基于該阻抗，部件22估計直接等于所推斷出的阻抗或是所推斷出的阻抗的函數的老化度。所估計的老化度與被控制的元件或元件組的參考標號相關地存儲在存儲器M中。老化度在顯示裝置上由通信裝置17指示。于是將部件22的測量插孔接在隨后的元件的接觸片20和21或元件組的末端上。在圖1所示的第二實施方式中，部件22被裝入車輛中。發生器23的一極連接到第一系列的繼電器6、8、10，而發生器23的另一極連接到第二系列的繼電器7、9、11。在圖 1中完全以例證性和非限制性的方式，繼電器6連接到將端子15連接到元件1的接觸片20 的總線的一部分。繼電器8連接到將元件2的接觸片21連接到元件3的接觸片20的總線的一部分。繼電器10連接到將元件4的接觸片21連接到元件5的接觸片20的總線的一部分。繼電器7連接到將元件1的接觸片21連接到元件2的接觸片20的總線的一部分。 繼電器9連接到將元件3的接觸片21連接到元件4的接觸片20的總線的一部分。繼電器 11連接到將元件5的接觸片21連接到端子16的總線的一部分。車載部件22被編程為順序地關閉繼電器6和7以便測量元件1的阻抗、關閉繼電器7和8以便測量元件2的阻抗、關閉繼電器8和9以便測量元件3的阻抗、關閉繼電器9 和10以便測量元件4的阻抗、關閉繼電器10和11以便測量元件5的阻抗。阻抗的測量通過借助于電壓表測量模塊和有功電壓來實現。與阻抗的每次測量相關的老化度被連續存儲在按照元件的參考標號編入索引的聯合表中。聯合表例如儲存在部件22的存儲器M中。 在聯合表中，必須使以自從每個元件屬于電池以來車輛走完的公里表示的日期、以元件所交換的Ah表示的日期或以自從元件啟動以來的持續時間表示的日期相應于該元件參考標號。 我們剛剛討論了一種情況，其中例如在交流形式下變化的在給定頻率處的電流的阻抗構成老化度的特征值。可設想其它特征值，例如元件所經受的溫度的時間積分或元件的壽命。另一方面，在每個元件被單獨地控制電壓的情況下，例如在鋰離子電池的情況下， 通過知道穿過元件的電流的值并通過測量其電壓，可從中推斷出其內阻，內阻于是可是允許確定元件的老化度的特征。該操作在行駛中與在修車庫中的停車模式中一樣可行。通信裝置17設置成例如朝著車輛(未示出)的診斷裝置傳送包含在存儲器24內的信息。附帶地，通信裝置17設置成例如將來自車輛的診斷裝置的信息傳送到存儲器24。步驟102在于向電池分配分級水平。在使用中的電池的可能性能取決于構成它的全體元件，但也取決于被單獨地考慮的元件。為了是代表性的，目前解釋的分級水平考慮電池的性能所依賴的這兩個部件。圖3示出電池的元件或元件組的分布D與老化度的特征變量Vc的關系曲線。元件通常分布在平均值M周圍，且出現頻率在平均值附近通常較高且在兩邊逐漸降低。全體元件越是同質的，其特征變量值就越聚集在平均值周圍。相反，全體元件越是異質的，其特征變量值就越分散，具有使以平均值為中心的曲線變扁平的效果。考慮老化度，對于其，特征變量是元件的阻抗、其壽命或其充電和放電周期的數量，性能對于在曲線左邊較弱的特征變量值將較高，而對于在曲線右邊較高的特征變量值將較低。部件22包含算術和邏輯單元以及多行程序，其用于計算包含在存儲器24中的并在前面的步驟中被測量的值的平均值M。部件22在存儲器24中包含不同的可能的平均值MA、MB、Me。參考圖4，相應于平均值Ma的元件的分布在統計上由左邊的曲線表示。平均值Ma的統計分布D相應于分級水平，由該分級水平通過利用電池可期望更好的性能，因為表示老化度的特征變量值Vc大部分是較弱的。相應于平均值M。的元件的分布在統計上由右邊的曲線表示。平均值M。的統計分布D相應于分級水平，由該分級水平通過利用電池可期望過得去的性能，因為表示老化度的特征變量值Vc大部分是較高的。相應于平均值Mb的元件的分布在統計上由中間的曲線表示。平均值Mb的統計分布D相應于分級水平，由該分級水平通過利用電池可期望比使用平均值Ma得到的性能更弱但比使用平均值Mc得到的性能更好的性能。部件22包含多行程序，其用于在預定的公差范圍內比較所計算的平均值M與可能
的值Ma、Mb和Mc,以便通過利用下面的公式將分級水平NC分配給電池
權利要求
1.一種分級通過組裝被分成組的蓄電元件來實現的電池的方法，包括下列步驟-估計老化度，每個老化度與不同的組相關；以及-根據所估計的老化度的統計分布參數來給電池分配表示在使用中的電池的潛在性能的分級水平；所述方法特征在于，至少一組的老化度是通過波導阻抗測量方法根據穿過該組元件的電流的測量和電壓的測量來估計的。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，包括由第二組替換至少第一組以便維持所述電池的分級水平的步驟。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一組通過在所述電池中與所述第二組對調而被替換，在對調之前，所述第二組受到比所述第一組更弱的使用約束。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述使用約束包括溫度。
5.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一組由來自另一電池的具有更弱的老化度的第二組替換。
6.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一組由具有零老化度的第二組替換。
7.如權利要求1、2、5或6所述的方法，其特征在于，一組包括所述電池的全體元件。
8.如權利要求1到6中的任一項所述的方法，其特征在于，一組包括電池的唯一的一個元件。
9.如前述權利要求中的一項所述的方法，其特征在于，所述統計分布參數包括老化度的平均值和/或所估計的老化度的最高值。
10.一種分級通過組裝被分成組的蓄電元件(1，2，3，4，幻來實現的電池的設備，包括部件(22)，所述部件(22)設置成-估計老化度，每個老化度與不同的組相關；-根據所估計的老化度的統計分布參數來給電池分配表示在使用中的電池的潛在性能的分級水平；所述設備特征在于，所述部件被設置成通過波導阻抗測量方法根據穿過元件組的電流的測量和電壓的測量來估計至少一組的老化度。
11.如權利要求10所述的設備，其特征在于，包括維持蓄電元件(1，2，3，4，5)來實現電池并允許由第二組替換至少第一組以便維持所述電池的分級水平的滑槽(18)。
12.如權利要求10和11中的一項所述的設備，其特征在于，所述部件02)包括分級水平和所估計的老化度的通信裝置。
13.如權利要求10到12中的一項所述的設備，其特征在于，一組包括所述電池的全體元件。
14.如權利要求10到12中的一項所述的設備，其特征在于，一組包括唯一的一個元件。
15.如權利要求10到14中的一項所述的設備，其特征在于，所述統計分布參數包括老化度的平均值和/或所估計的老化度的最高值。
全文摘要
本發明涉及一種通過組裝被分成組的蓄電元件(1，2，3，4，5)來實現的電池的分級設備。在該設備中，部件(22)設置成估計老化度，每個老化度與不同的組相關；以及根據所估計的老化度的統計分布參數來給電池分配表示在使用中的電池的潛在性能的分級水平。
文檔編號G01R31/36GK102318103SQ201080007341
公開日2012年1月11日 申請日期2010年1月28日 優先權日2009年2月13日
發明者D·波爾切拉托 申請人:標致·雪鐵龍汽車公司