CN102308429B - 具有更高可用性的牵引用电池 - Google Patents
具有更高可用性的牵引用电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102308429B CN102308429B CN200980156312.9A CN200980156312A CN102308429B CN 102308429 B CN102308429 B CN 102308429B CN 200980156312 A CN200980156312 A CN 200980156312A CN 102308429 B CN102308429 B CN 102308429B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery module
- battery
- pole
- separator
- connection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
- B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
- H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
- B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
- B60L53/22—Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明涉及一种牵引用电池,具有至少两个串联的电池模块(1,2),其分别包括第一电池模块极(1a,2a)、第二电池模块极(1b,2b)和至少一个连接在之间的电池单元(1c,2c)的串联电路和/或并联电路,其中,电池模块(1,2)的串联电路的第一连接端子(3)与第一电池极(4)连接,而电池模块(1,2)的串联电路的第二连接端子(5)与第二电池极(6)连接。根据本发明,所述至少两个串联的电池模块(1,2)中的至少一个电池模块(1)是第一电池模块(1),其具有第一分离装置(1d)、第二分离装置(1f)和跨接装置(1e),其中,所述至少一个分离装置(1d)在相应控制时断开电池单元(1c)的串联电路和/或并联电路与第一电池模块极(1a)的连接,以及第二分离装置(1f)在相应控制时引起电池单元(1c)的串联电路和/或并联电路与第二电池模块极(1b)的连接,其中,通过连接在所述第一电池模块极(1a)与所述第二电池模块极(1b)之间的所述跨接装置(1d)在相应控制时短接所述第一电池模块极(1a)和所述第二电池模块极(1b),和/或所述至少两个串联的电池模块(1,2)中的至少一个电池模块(2)是第二电池模块(2),其具有至少一个充电与分离装置(2d)、分离装置(2f)和跨接装置(2e),其中,所述至少一个充电与分离装置(2d)在相应控制时断开电池单元(2c)的串联电路和/或并联电路与第一电池模块极(2a)的连接并且限制在接入所述电池模块(2)或具有所述电池模块(2)的电池时出现的充电电流或补偿电流,其中,分离装置(2f)在相应控制时引起电池单元(2c)的串联电路和/或并联电路与第二电池模块极(2b)的连接的断开,通过连接在所述第一电池模块极(2a)与所述第二电池模块极(2b)之间的所述跨接装置(2e)在相应控制时短接所述第一电池模块极(2a)和所述第二电池模块极(2b)。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的电池、尤其是牵引用电池。
背景技术
已经显现出,在将来不仅在静止应用中(例如,风电设备)而且在车辆中(例如,在混合动力车辆和电动车辆中)会越来越多地使用新的电池系统,对这些新的电池系统提出了非常高的要求或者可靠性。这些高要求的背景是:电池的失效可能导致整个系统的失效(例如,在电动车辆中牵引用电池的失效导致所谓的“抛锚”)或者甚至可能导致关乎安全的问题(在风电设备中例如使用电池,以便在强风时通过转子叶片调节以免设备出现不可靠的运行状态)。
此外,对于静止应用中的电池系统通常存在要求,即在维护工作期间也必须能够实现电池系统的运行,在需要时以受限的工作能力运行,也就是说这样的电池系统必须无中断地永久可用。
在图9中示出了根据当前的现有技术的电池系统的电路原理图。为了通过电池系统实现所要求的功率数据和能量数据,将单个电池单元串联地并且部分附加并联地连接。除电池单元外,电池系统还具有所谓的充电与分离装置,其在图9中不失一般性地设置在电池的正极和电池单元之间。通过分离开关TS可以单极地接通或关断电池。作为可选的功能单元,在图9中还示出了另一分离装置,借助其可以在需要时通过第二分离开关双极地关断电池。在充电与分离装置中还存在所谓的充电开关,借助其可以将充电电阻连接到电池单元与外部连接的系统之间,以便限制在接入电池时的补偿电流。在这样的接入过程中,在充电与分离装置中在断开分离开关时首先闭合充电开关并且附加地(只要存在)闭合电池系统的负极上的可选的分离装置中的分离开关。然后,通过充电电阻对外部连接的系统的输入电容进行充电。如果电池系统的正极和负极之间的电压仅仅不明显地偏离电池单元的总电压,则通过闭合充电与分离装置中的分离开关来结束充电过程。然后,电池系统低欧姆地连接到外部的系统上并且可以以其专门的功率数据运行。通过所描述的处理方式可以将在外部系统与电池系统之间在电池系统接入过程中出现的补偿电流限制在允许的值上。
通过失效率或故障率表征电池系统的可靠性。失效率描述在所观察的时间间隔中平均预期的失效数量。
可以如下求得具有单电池单元的串联电路的电池的失效率:
失效率牵引用电池=1-(1-失效率电池单元)电池单元数量(1)
因此,对于具有100个电池单元的串联电路以及在所观察的时间间隔中100ppm/电池单元的失效率的电动车辆的牵引用电池例如得出:
失效率牵引用电池=1-(1-100ppm)100=9.95‰(2)
在单个电池单元的失效率很小的情况下(例如,在所观察的时间间隔中失效率电池单元<1‰),可以近似地如下计算失效率(二项式级数的幂级数展开式的在第一项后的舍项)
失效率牵引用电池≈电池单元数量×失效率电池单元(3)
因此,所观察的牵引用电池的失效率接近于单个电池单元的失效率的100倍。对于电池系统的失效率所要求的值,必须使单个电池单元的失效率大约小100倍。如果对于具有100个串联的电池单元的电池系统在所观察的时间间隔上要求100ppm的失效率,则所述电池单元在所述时间间隔上必须具有1ppm的失效率。这是极其难以满足的要求。
此外,电池单元的失效导致整个系统的失效。在维修工作期间在更换失效的电池单元时电池系统不可用。因此,通过根据当前的现有技术的电池系统不能实现在可用性方面被提出高要求的电池系统。
发明内容
本发明的任务是相对于当前的现有技术提高电池系统的可靠性和可用性。在此电池模块的一个电池单元或多个电池单元的失效不应导致电池系统的完全失效。电池系统应可以以有限的工作能力可供使用。附加地,电池系统在维修工作期间(在更换失效的电池单元时需要该维修工作)也应当能够继续以有限的工作能力运行,由此提高电池系统的可用性。
相比之下,根据本发明的具有权利要求1的特征的电池具有以下优点:电池系统相对于当前的现有技术在内部扩展了额外的功能单元。在此涉及:
●分离装置和/或
●充电与分离装置和/或
●跨接装置
以下对这些进行详细描述。根据本发明,基于这些功能单元构造在一个或多个电池单元失效时可以跨接的电池模块。如果整个系统由多个这样的电池模块组成,则可以在相应的模块中一个或多个电池单元失效时根据电池系统的要求或实施方式跨接电池模块中的一个或多个。电池系统虽然具有在其端子上相对于常规运行受限的工作能力,但在电池系统的适当设计下可以避免系统的失效或者系统的安全临界状态。此外,识别电池单元或模块的失效,并且可以引入维修措施。由此提高电池系统的可靠性。此外,识别电池单元或模块的失效并且可以引入维修措施。电池系统被这样地设计,使得维修措施可以在不中断运行的情况下被执行。由此提高电池系统的可用性。
从属权利要求示出本发明的优选扩展构型。
特别优选地,根据本发明的电池包括充电装置,其连接在电池模块的串联电路的第一连接端子与第一电池极之间和/或其连接在电池模块的串联电路的第二连接端子与第二电池极之间,其中,电池仅仅包括第一电池模块。在此情形中,确保了在任意电池模块发生故障时对牵引车载电网中的补偿电流的限制,其中,仅仅设有简单构造的第一电池模块。
替代地,根据本发明的电池优选仅仅包括第二电池模块。在此情形中,确保了在任意电池模块发生故障时对牵引车载电网中的补偿电流的限制,其中,无需设置单独的充电装置,因为第二电池模块分别包括一个这样的充电装置。由此可以通过完全相同的模块实现电池的更简单的装配。
替代地,根据本发明的电池优选包括n个电池模块,其中,设有2个第二电池模块和n-2个第一电池模块。在此情形中,也确保了在第二电池模块发生故障时对牵引车载电网中的补偿电流的限制,因为在此情形中仍然存在并且可以使用第二电池模块的充电装置。
附加地或替代地,在根据本发明的电池中,跨接装置优选如此构造,使得其仅仅当电池单元的串联电路和/或并联电路与第一电池模块极的连接断开以及电池单元的串联电路和/或并联电路与第二电池模块极的连接断开时才能引起第一电池模块极和第二电池模块极的短接。
附图说明
以下参照附图详细描述本发明的实施例。在附图中示出:
图1:根据本发明的第一优选实施方式的电池、优选牵引用电池的电路原理图,
图2:根据本发明的第二优选实施方式的电池、优选牵引用电池的电路原理图,
图3:根据本发明的第三优选实施方式的电池、优选牵引用电池的电路原理图,
图4:根据本发明的优选实施方式的第一电池模块的电路原理图,
图5:根据本发明的优选实施方式的第二电池模块的电路原理图,
图6:根据本发明的优选实施方式的分离装置的电路原理图,
图7:根据本发明的优选实施方式的充电与分离装置的电路原理图,
图8:根据本发明的优选实施方式的跨接装置的电路原理图,
图9:根据现有技术的牵引用电池的电路原理图。
具体实施方式
以下参照附图详细描述本发明的优选实施方式。
首先,在这里使用的意义上定义概念“可靠性”和“可用性”(根据Lauber/所著的《Prozessautomatisierung》第1、3版,Springer出版社):
“可靠性(Reliability)”是系统对于预给定的时间正确地工作的能力(也称为可靠性)。
可用性(Availability)是可维修的系统对于预给定的时间点处于能工作的状态中的概率。
因此高的可用性可以通过以下方式提高:
系统的高可靠性
短的维修时间(如果该系统在维修时间中不运行的话)或者(如果可能的话)通过无运行中断的维修。
根据本发明,电池系统的可用性相对于现有技术被提高,因为单个电池单元的失效不会直接导致电池系统的失效,其方式是提高系统的可靠性,并且附加地在执行维修工作期间也能实现该系统的运行。在本发明中,电池系统相对于当前的现有技术在具有电池单元的串联电路的电池模块中优选内部地扩展了额外的功能单元,以下首先对这些额外的功能单元进行描述:
●分离装置1d,如在图6a中以原理和在图6b中以实施方式示出:分离装置1d用于将第一电池模块1的电池单元1c与电池模块1的两个极1a、1b之一单级地断开或者将电池单元1c低欧姆地连接到相应的极1a、1b上。
对于电池单元1c与电池模块1的两个极1a、1b的两极断开,在电池模块1中也可以使用两个分离装置1d(有利的方式是分别为一个直接设置在电池模块的正极上的分离装置和一个直接设置在电池模块的负极上的一个分离装置)。
本发明的基本原理与分离装置1d中的分离开关TS的具体实现无关,对于分离开关可以考虑实现为机电开关(继电器或接触器)、实现为电子开关(半导体开关)或机电开关与电子开关的组合。
●充电与分离装置2d,如在图7a中通过原理和在图7b中通过实施方式示出:
充电与分离装置2d表示如之前参考图6描述的分离装置1d那样起作用并且具有其目的的分离装置2d1在功能上扩展出充电装置2d2,其限制在接入电池系统或电池模块时出现的充电或补偿电流。所述电流的原因是外部系统的输入电容,所述外部系统通常在接入电池之前不具有与电池系统的总电压相同的电压。在最简单的情形中充电与补偿电流的限制通过与充电开关LS串联的电阻LW进行。通过适当地选择电阻值可以将补偿电流限制到电池系统和外部系统允许的值上。如果具有充电与分离装置2d的电池系统的极上或电池模块2的极上的电压具有与相应的电池单元2c的总电压近似相同的电压(也就是说,充电电阻上的电压降很小),则可以闭合充电与分离装置2d中的分离开关TS。
因此,如下进行电池系统或电池模块的接入过程。首先,在分离开关TS断开时闭合充电与分离模块2d的充电开关LS。随后对外部的电容进行充电或重新充电,直到电池系统或电池模块的极上的电压大致等于所对应的电池单元的总电压。然后,闭合分离开关TS并且结束充电过程。然后,电池单元与电池系统或电池模块的极低欧姆地连接。
充电与分离模块2d的分离开关TS和充电开关LS能以与分离装置1d的分离开关TS相同的方式具体地实现。
●跨接装置1e;2e,如在图8a中以原理和在图8b中以实施方式示出:跨接装置1e;2e用于当在电池模块1、2中一个或多个电池单元1c、2c失效时低欧姆地跨接电池模块1、2,也就是说,低欧姆地连接电池模块1、2的正极和负极。本发明的基本原理与跨接装置中的跨接开关的具体实现无关,对于跨接开关(如对于分离开关所描述的那样)可以考虑实现为机电开关(继电器或接触器)、实现为电子开关(半导体开关)或机电开关与电子开关的组合。
基于所述功能单元,可以构造随后连接成电池系统的电池模块。取决于对系统的要求,以下拓扑的应用可能对于电池模块是有意义的:
●具有两个分离装置和跨接装置的第一电池模块(拓扑1),如在图4中所示。
在所述拓扑中使用两个分离装置1d,1f,以便两极地断开电池模块1c,即将电池单元1c与第一电池模块1的两个极1a、1b断开或者将电池单元1c低欧姆地连接到两个极1a、1b上。与分离装置1d、1f和电池单元1c并联使用的跨接装置1e用于在第一电池模块1的一个或多个电池单元1c失效时低欧姆地跨接第一电池模块1。优选仅仅当分离装置1d、1f中的分离开关中的至少一个打开时才闭合跨接装置1e中的跨接开关。通过设置两个分离开关1d、1f能够实现被跨接的电池模块的维修(例如更换失效的电池单元),在该电池单元上不存在电压。由此提高了系统的可用性,因为电池系统在维修工作期间可以继续运行。
通过信号线路控制分离装置1d、1f和跨接装置1e以控制和诊断电池模块的未示出的功能单元。
●具有一个充电装置、两个分离装置和一个跨接装置的第二电池模块(拓扑2),如在图5中所示。
在所述拓扑中,相对于拓扑1附加地在第二电池模块2中使用充电装置,即在图7中示出的充电与分离装置2d取代分离装置1d,以便限制在接入电池系统时的充电与补偿电流(其他特性与拓扑1相同)。通过信号线路控制充电与分离装置2d、分离装置2f和跨接装置2e以控制和诊断电池模块的未示出的功能单元。
以所述电池模块根据本发明构造模块化的电池系统,其相对于当前的现有技术具有更高的可靠性。作为所述电池模块的连接的示例,应观察具有不同拓扑(称作拓扑A、B、C)的三个电池系统。
●根据本发明的第二优选实施方式的按照拓扑A的电池系统,如在图2中所示,具有:
单独的充电与分离装置7,
多个串联的第一电池模块1(拓扑1)。
优点是:
使用统一的电池模块。
总体上使用仅仅一个充电装置,其在接入电池系统时有效。
●根据本发明的第三优选实施方式的按照拓扑B的电池系统,如在图3中所示,具有:
多个串联的第二电池模块2(拓扑2)。
优点是:
使用统一的电池模块。
比拓扑A更小的内阻,因为少串联了一个分离装置。
●根据本发明的第一优选实施方式的按照拓扑C的电池系统,如在图1中所示,具有:
两个串联的第二电池模块2(拓扑2)。
一个至多个串联的第一电池模块1(拓扑1)。
优点是:
比拓扑A更小的内阻,因为少串联了一个分离装置。
比拓扑B更小的用于仅仅在两个电池模块中存在的充电装置的附加开销(成本,结构空间)。需要两个具有充电装置的电池模块,因此在这两个模块之一中发生故障时在跨接之后仍然存在用于将电池接入到外部系统上的充电装置。
对于所有描述的电池系统适用的是:
在电池模块中的一个或多个电池单元失效时,可以在断开模块的一个或多个分离装置中的分离开关后通过闭合跨接开关低欧姆地短接相关的模块。
取决于电池系统的电池模块的数量和跨接的电池模块的数量,随后相对于具有所有电池模块的常规运行具有以下数据的电池系统重新可供使用:
在具有5个电池模块的电池系统中,在跨接一个电池模块后,仍有一个具有完整电池系统的80%的功率和80%的能量的电池系统可供使用。
除以上文字公开外,在此明确地参考附图中的公开内容。
Claims (3)
1.电池,具有至少两个串联的电池模块,所述至少两个串联的电池模块中的每一个包括第一极、第二极和至少一个连接在第一极与第二极之间的电池单元的串联电路和/或并联电路,其中,所述至少两个串联的电池模块的串联电路的第一连接端子(3)与第一电池极(4)连接,而所述至少两个串联的电池模块的串联电路的第二连接端子(5)与第二电池极(6)连接,
所述至少两个串联的电池模块中的至少一个电池模块是第一电池模块(1),所述第一电池模块(1)具有第一分离装置(1d)、第二分离装置(1f)和跨接装置(1e),其中,所述第一分离装置(1d)在相应控制时引起所述第一电池模块(1)的电池单元(1c)的串联电路和/或并联电路与所述第一电池模块(1)的第一极(1a)的连接的断开,而第二分离装置(1f)在相应控制时引起所述第一电池模块(1)的电池单元(1c)的串联电路和/或并联电路与所述第一电池模块(1)的第二极(1b)的连接的断开,其中,通过连接在所述第一电池模块(1)的第一极(1a)与所述第一电池模块(1)的第二极(1b)之间的所述第一电池模块(1)的跨接装置(1e)在相应控制时短接所述第一电池模块(1)的第一极(1a)和所述第一电池模块(1)的第二极(1b),以及
所述至少两个串联的电池模块中的至少一个电池模块是第二电池模块(2),所述第二电池模块(2)具有至少一个充电与分离装置(2d)、分离装置(2f)和跨接装置(2e),其中,所述至少一个充电与分离装置(2d)在相应控制时引起所述第二电池模块(2)的电池单元(2c)的串联电路和/或并联电路与所述第二电池模块(2)的第一极(2a)的连接的断开并且限制在接入所述第二电池模块(2)或具有所述第二电池模块(2)的电池时出现的充电电流或补偿电流,其中,所述第二电池模块(2)的分离装置(2f)在相应控制时引起所述第二电池模块(2)的电池单元(2c)的串联电路和/或并联电路与所述第二电池模块(2)的第二极(2b)的连接的断开,通过连接在所述第二电池模块(2)的第一极(2a)与所述第二电池模块(2)的第二极(2b)之间的所述第二电池模块(2)的跨接装置(2e)在相应控制时短接所述第二电池模块(2)的第一极(2a)和所述第二电池模块(2)的第二极(2b),
其特征在于,所述电池包括n个电池模块,其中,设有2个第二电池模块(2)和n-2个第一电池模块(1)。
2.根据权利要求1所述的电池,其特征在于,所述电池是牵引用电池。
3.根据权利要求1或2所述的电池,其特征在于,所述第一电池模块(1)的跨接装置(1e)如此构造,使得其仅仅当所述第一电池模块(1)的电池单元(1c)的串联电路和/或并联电路与所述第一电池模块(1)的第一极(1a)的连接断开以及所述第一电池模块(1)的电池单元(1c)的串联电路和/或并联电路与所述第一电池模块(1)的第二极(1b)的连接断开时才能引起所述第一电池模块(1)的第一极(1a)和所述第一电池模块(1)的第二极(1b)的短接,所述第二电池模块(2)的跨接装置(2e)如此构造,使得其仅仅当所述第二电池模块(2)的电池单元(2c)的串联电路和/或并联电路与所述第二电池模块(2)的第一极(2a)的连接断开以及所述第二电池模块(2)的电池单元(2c)的串联电路和/或并联电路与所述第二电池模块(2)的第二极(2b)的连接断开时才能引起所述第二电池模块(2)的第一极(2a)和所述第二电池模块(2)的第二极(2b)的短接。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009000674A DE102009000674A1 (de) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | Traktionsbatterie mit erhöhter Verfügbarkeit |
DE102009000674.5 | 2009-02-06 | ||
PCT/EP2009/067077 WO2010088998A1 (de) | 2009-02-06 | 2009-12-14 | Traktionsbatterie mit erhöhter verfügbarkeit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102308429A CN102308429A (zh) | 2012-01-04 |
CN102308429B true CN102308429B (zh) | 2015-12-09 |
Family
ID=41722691
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN200980156312.9A Active CN102308429B (zh) | 2009-02-06 | 2009-12-14 | 具有更高可用性的牵引用电池 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9041341B2 (zh) |
EP (1) | EP2394328B1 (zh) |
JP (1) | JP5502903B2 (zh) |
KR (1) | KR101616249B1 (zh) |
CN (1) | CN102308429B (zh) |
DE (1) | DE102009000674A1 (zh) |
WO (1) | WO2010088998A1 (zh) |
Families Citing this family (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101516027B1 (ko) | 2010-10-08 | 2015-05-04 | 주식회사 포스코아이씨티 | 전지 전력 저장 시스템 및 그 제어 방법 |
DE102010064311A1 (de) * | 2010-12-29 | 2012-07-05 | Robert Bosch Gmbh | Steuerbarer Energiespeicher und Verfahren zum Betreiben eines steuerbaren Energiespeichers |
DE102010064314A1 (de) * | 2010-12-29 | 2012-07-05 | Robert Bosch Gmbh | System zur Ankopplung mindestens einer Wechselstromquelle an einen steuerbaren Energiespeicher und zugehöriges Betriebsverfahren |
DE102011002608A1 (de) | 2011-01-13 | 2012-07-19 | Sb Limotive Company Ltd. | Verfahren zur Ladung eines Zwischenkreiskondensators |
DE102011003810A1 (de) | 2011-02-08 | 2012-08-09 | Robert Bosch Gmbh | Steuerbarer Energiespeicher und Verfahren zum Betreiben eines steuerbaren Energiespeichers |
DE102011014133A1 (de) | 2011-03-15 | 2012-09-20 | Maximilian Heindl | Variable, heterogene Energiespeicheranordnung |
DE102011077270A1 (de) * | 2011-06-09 | 2012-12-13 | Robert Bosch Gmbh | Energiespeichereinrichtung, System mit Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungsspannung einer Energiespeichereinrichtung |
DE102012210600B4 (de) | 2012-06-22 | 2023-03-02 | Robert Bosch Gmbh | Lade- und/oder Trenneinrichtung für ein Batteriesystem |
US10090682B2 (en) | 2012-07-03 | 2018-10-02 | Saft America, Inc. | System for transferring control of charge current |
DE102012213053B4 (de) * | 2012-07-25 | 2022-08-11 | Robert Bosch Gmbh | Batterie, Batteriezelle mit Sicherungsvorrichtung sowie Verfahren zum Schutz einer Batteriezelle |
DE102012213129A1 (de) * | 2012-07-26 | 2014-01-30 | Robert Bosch Gmbh | Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug und Verfahren zum Laden einer Batterie mit Verbrennungsmotor |
DE102012214953A1 (de) * | 2012-08-23 | 2014-02-27 | Robert Bosch Gmbh | Batteriemodul mit Alarmleitung |
DE102012222343A1 (de) * | 2012-12-05 | 2014-06-05 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung und elektrisches Antriebssystem |
DE102014109430A1 (de) * | 2014-07-07 | 2016-01-07 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Energiespeichersystem und Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems |
DE102015200442A1 (de) * | 2015-01-14 | 2016-07-14 | Robert Bosch Gmbh | Einschaltverzögerung für eigensichere Batteriezellen |
US20170373512A1 (en) * | 2016-06-21 | 2017-12-28 | Chunyi Wang | First Series Then Parallel Battery Pack System |
JP6779708B2 (ja) * | 2016-08-25 | 2020-11-04 | 矢崎総業株式会社 | 急速充電装置 |
DE202018102692U1 (de) | 2018-05-14 | 2019-08-16 | Hofer Mechatronik Gmbh | Traktionsakkumulator, insbesondere mit kontaktgekühlten elektrochemischen Zellen wie Einzelzellen oder Kleinstzellen |
DE102018211815A1 (de) * | 2018-07-17 | 2020-01-23 | Audi Ag | Elektrisches Energiesystem mit Brennstoffzellen |
CN112009273B (zh) * | 2019-05-29 | 2022-05-06 | 长城汽车股份有限公司 | 一种功率确定方法、装置及车辆 |
DE102019117955A1 (de) * | 2019-07-03 | 2021-01-07 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Ersatzmodul für den Ersatz eines defekten Einsatzmoduls einer Batterievorrichtung |
EP4098493B1 (en) * | 2021-06-04 | 2024-02-14 | Aptiv Technologies Limited | Control device and vehicle power distribution architecture incorporating the same |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1599965A (zh) * | 2001-10-11 | 2005-03-23 | 迪诺佛研究有限公司 | 数字电池组 |
Family Cites Families (28)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4303877A (en) * | 1978-05-05 | 1981-12-01 | Brown, Boveri & Cie Aktiengesellschaft | Circuit for protecting storage cells |
JP3378293B2 (ja) | 1993-04-02 | 2003-02-17 | 株式会社東芝 | 機器システム |
US5670861A (en) * | 1995-01-17 | 1997-09-23 | Norvik Tractions Inc. | Battery energy monitoring circuits |
JP3421519B2 (ja) * | 1996-02-13 | 2003-06-30 | 三洋電機株式会社 | 過充電防止回路、過放電防止回路及び充放電制御回路 |
JPH09285027A (ja) | 1996-04-18 | 1997-10-31 | Nippon Electric Ind Co Ltd | 電気自動車用組電池の充電装置 |
FR2748605B1 (fr) * | 1996-05-07 | 1998-08-07 | Gerard Lemaire | Procede de fabrication d'un generateur elementaire de pile ou d'accumulateur intelligent |
JPH10145978A (ja) | 1996-11-13 | 1998-05-29 | Daihatsu Motor Co Ltd | 車載バッテリの管理システム |
JP3989107B2 (ja) | 1998-07-27 | 2007-10-10 | 三洋電機株式会社 | 二次電池の充電量をバランスさせる方法 |
US6420852B1 (en) * | 1998-08-21 | 2002-07-16 | Sony Corporation | Battery pack |
JP2000182598A (ja) | 1998-12-16 | 2000-06-30 | Hitachi Ltd | 非水電解液二次電池およびその熱動継電器 |
US6310783B1 (en) * | 2000-03-29 | 2001-10-30 | Powerware Corporation | Modular method and apparatus for building an uninterruptible power system (UPS) |
JP4001708B2 (ja) * | 2000-04-28 | 2007-10-31 | 松下電器産業株式会社 | 二次電池の交換方法 |
JP3897541B2 (ja) * | 2001-05-28 | 2007-03-28 | 松下電器産業株式会社 | 電池パックシステム |
US7557538B2 (en) * | 2001-09-03 | 2009-07-07 | Gpe International Limited | Intelligent serial battery charger |
JP3893291B2 (ja) * | 2002-01-10 | 2007-03-14 | パナソニック・イーブイ・エナジー株式会社 | ハイブリッド車用電池電源装置 |
CN1172384C (zh) * | 2002-03-23 | 2004-10-20 | 孙康 | 电池切换装置 |
EP1617229B1 (en) * | 2003-03-24 | 2016-08-10 | Sanken Electric Co., Ltd. | Voltage measurement device |
EP1779141A2 (en) * | 2004-08-13 | 2007-05-02 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Solid state radiation detector packaging technique |
US7928691B2 (en) * | 2004-11-10 | 2011-04-19 | EaglePicher Technologies | Method and system for cell equalization with isolated charging sources |
US7489106B1 (en) * | 2006-03-31 | 2009-02-10 | Victor Tikhonov | Battery optimization system and method of use |
US8093764B2 (en) * | 2007-09-13 | 2012-01-10 | Siemens Industry, Inc. | Method and system for bypassing a power cell of a power supply |
US7466104B2 (en) * | 2006-10-13 | 2008-12-16 | O2 Micro International Limited | System and method for balancing cells in a battery pack with selective bypass paths |
JP5008950B2 (ja) | 2006-11-08 | 2012-08-22 | パナソニック株式会社 | 充電システム、電池パック、及びその充電方法 |
JP5266702B2 (ja) * | 2007-09-28 | 2013-08-21 | 三菱自動車工業株式会社 | 電気自動車の電源管理装置 |
US8044637B2 (en) * | 2008-09-29 | 2011-10-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Battery charging method |
US8502503B2 (en) * | 2008-12-18 | 2013-08-06 | O2Micro Inc. | Circuits and methods for protection of battery modules |
WO2010083291A1 (en) * | 2009-01-14 | 2010-07-22 | Indy Power Systems Llc | Cell management system |
DE102009000682A1 (de) * | 2009-02-06 | 2010-08-12 | Robert Bosch Gmbh | Traktionsbatterie mit erhöhter Zuverlässigkeit |
-
2009
- 2009-02-06 DE DE102009000674A patent/DE102009000674A1/de not_active Withdrawn
- 2009-12-14 US US13/138,376 patent/US9041341B2/en active Active
- 2009-12-14 KR KR1020117018338A patent/KR101616249B1/ko active IP Right Grant
- 2009-12-14 JP JP2011548557A patent/JP5502903B2/ja active Active
- 2009-12-14 EP EP09801684.3A patent/EP2394328B1/de active Active
- 2009-12-14 CN CN200980156312.9A patent/CN102308429B/zh active Active
- 2009-12-14 WO PCT/EP2009/067077 patent/WO2010088998A1/de active Application Filing
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1599965A (zh) * | 2001-10-11 | 2005-03-23 | 迪诺佛研究有限公司 | 数字电池组 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5502903B2 (ja) | 2014-05-28 |
KR20110116154A (ko) | 2011-10-25 |
EP2394328B1 (de) | 2014-02-26 |
EP2394328A1 (de) | 2011-12-14 |
US9041341B2 (en) | 2015-05-26 |
CN102308429A (zh) | 2012-01-04 |
DE102009000674A1 (de) | 2010-08-12 |
KR101616249B1 (ko) | 2016-04-29 |
WO2010088998A1 (de) | 2010-08-12 |
JP2012517003A (ja) | 2012-07-26 |
US20120019209A1 (en) | 2012-01-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102308429B (zh) | 具有更高可用性的牵引用电池 | |
CN102308430B (zh) | 具有更高可靠性的牵引用电池 | |
CN102308416A (zh) | 具有更高可靠性的牵引电池 | |
CN101789530B (zh) | 电池控制器的电位固定方式 | |
CN104979521B (zh) | 可充电电池保护装置 | |
CN110999023A (zh) | 用于平衡电池系统的各个电池的充电状态的方法和设备 | |
EP3620321B1 (en) | Power supply system | |
EP2876725A1 (en) | Protection apparatus for rechargeable battery | |
CN113078714B (zh) | 一种储能系统及储能系统控制方法 | |
CN104025334A (zh) | 电池电芯、电池、机动车辆 | |
US9306403B2 (en) | Battery module, battery management system, system for supplying a drive of a machine suitable for generating torque with electrical energy, and a motor vehicle | |
WO2019214824A1 (en) | Flexibly configurable traction battery | |
US20150171615A1 (en) | Breaker circuit configurations for multi-terminal DC systems | |
CN111801867A (zh) | 用于车载电网的电池连接端 | |
CN206076425U (zh) | 一种电池系统 | |
US9331504B2 (en) | Method for charging a battery | |
US20190054870A1 (en) | In-vehicle power supply device | |
CN110962681A (zh) | 蓄电池的监控系统、电池包及电动汽车 | |
CN104810500A (zh) | 用于牵引电池组的电流中断装置 | |
US20220352561A1 (en) | Battery pack including cell switching device of parallel connection cells and cell switching method | |
CN202840606U (zh) | 包括安全机构的电源装置 | |
CN104093883A (zh) | 蓄电池、机动车以及用于运行蓄电池的方法 | |
EP4235725A1 (en) | Relay assembly and electric vehicle comprising same | |
KR102668851B1 (ko) | 차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템 | |
CN116533776A (zh) | 用于车辆的高压电网的电路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |