[发明专利]对锂离子电池单体的异常的自放电的探测以及蓄电池系统

说明书

本发明涉及一种用于通过监控每个电池单体的平衡电荷来对在蓄电池系统中的异常的自放电进行探测的方法以及一种蓄电池系统，所述蓄电池系统配置用于使用所述方法。按照本发明的方法能够实现对于对安全关键的状态、例如内部短路的出现的可能性的预测，从而可以及早采取合适的对应措施。

技术领域

本发明涉及一种用于对在蓄电池系统中的锂离子电池单体的异常的自放电的进行探测的方法，以及一种使用该方法的蓄电池系统。

背景技术

蓄电池系统

用于电动运行或混合电动运行的车辆的蓄电池系统包括多个单独的彼此并联和串联连接的二次电池单体、典型地为锂离子电池单体，所述二次电池单体通过蓄电池管理系统(BMS)控制。

BMS主要具有如下功能，即监控运行数据、如电池单体电压、充电状态(SoC)、老化程度(SoH，健康状态)、电流、温度以及控制电池单体的充电或放电。BMS的另外的任务是蓄电池系统的热管理、电池单体的保护以及基于所记录的运行数据对电池单体的剩余使用寿命的预测。

平衡

BMS的重要功能是所谓的平衡、即各个电池单体的充电状态的平衡。可能出现的是，各个电池单体的充电状态(SoC)例如由于基于不均匀的温度分布或制造波动而提高的自放电而与电池单体复合体的其余电池单体的SoC偏离。这样的不平衡可通过电池单体电压的彼此漂移被察觉并且可以导致电池单体的使用寿命的缩短和加强的损耗。在进行平衡时，各电池单体的充电状态彼此均衡，以便再次建立平衡。

一般地在主动的和被动的平衡方法之间进行区分。在主动的平衡方法中，电荷从具有提高的SoC的电池单体传输至具有较小的SoC的电池单体。这可以经由电容器、线圈和/或电压互感器来进行。在被动的平衡方法中，与之相反，在具有提高的SoC的电池单体中，简单地将过量的电荷经由阻抗(分流器)消散，直至充电状态平衡。

对安全关键的运行状态

锂离子电池单体的广泛使用的主要原因是其高的能量密度。然而高的能量密度同时隐藏着在故障情况中的灾难性的损害的潜在性，例如电池单体的热击穿。因此，重要的是，BMS及时探测锂离子电池单体的对安全关键的状态并且可以采取合适的对应措施。

“热击穿”可以通过如下方式实现，即由于异常高的电流流动、例如由于内部的或外部的短路，电池单体的温度强烈地升高，使得不再确保分离器的完整性，并且首先产生局部的缺陷部位，例如由于分离器的局部的变形或局部的熔化，从而阳极(还原剂)和阴极(氧化剂)在这些部位处直接接触或至少能导电地接触。由此能够局部地实现强烈放热的氧化还原反应，这导致分离器的进一步的温度升高和进一步的破坏。首先局部的氧化还原反应可以进一步蔓延开，可以出现电解质的蒸发和分解，这然后可以导致壳体的开裂、与空气中的氧气的接触并且最后导致火灾或爆炸。

外部的短路的危险可以例如通过安装熔断保险装置来应对。当在电池单体内部在阳极和阴极之间产生能导电的连接时，则出现内部的短路。一方面这样的内部的短路可以通过灾难性的外部作用产生，例如基于电池单体的机械变形或由于事故而被金属物体穿透。

另一种内部的短路可以通过在电池单体本身中的过程引起，例如通过在电池单体中基于制造缺陷而包括进的金属颗粒和/或通过金属锂以枝状晶形式在阳极上的沉积引起，所述枝状晶可以“生长穿过”分离器并且可以形成至阴极的能导电的连接。人们认为，这种类型的缺陷不会立即导致“热击穿”。因此，从如下事实出发，即枝状晶首先是非常薄的并且具有相对小的电流负载能力，从而其在短路的情况中自动再次溶解。

然而如果这样的“软”短路重复出现，尤其是在相同的部位处(例如金属颗粒或分离器薄弱部位可以位于所述部位处)重复出现，则从如下事实出发，即在阳极和阴极之间构成越来越强地可负载的电桥并且最后导致“热击穿”。然而在这之前的情况是，“软短路”应通过电池单体的提高的自放电而能被察觉。因此，自放电的监控是一种可能的措施，以便预测对安全关键的状态的出现并且及早采取合适的对应措施。