CN103187714A - 用于蓄电池组的保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于由蓄电池组（1）中的大量单电池单元（4）组成的装置的保护电路，其中预先给定数量的单电池单元（4）串联成电池单元排（A，B，C，D），并且至少两个电池单元排（A，B，C，D）彼此并联，并且将在蓄电池组（1）的负荷情况下在第一电池单元排（A）中流动的支路电流（Ia）与在第二电池单元排（A，B，C，D）中流动的支路电流（Ia，Ib，Ic，Id）相比较，以便在支路电流（Ia，Ib，Ic，Id）彼此间的偏差不合理时生成信号。为了保护蓄电池组，该信号被用于切断有缺陷的电池单元排（A，B，C，D）或者用于关断整个蓄电池组（1）。

Description

用于蓄电池组的保护电路
技术领域
本发明涉及用于由蓄电池组中的大量单电池单元组成的装置的保护电路，其中预先给定数量的单电池单元串联成电池单元排。
背景技术
由例如以化学方式基于锂的电池单元组成的这种蓄电池组装置在手持工作设备中被使用并且应该在高功率情况下确保经由蓄电池组供以能量的工作设备的长运行持续时间。
大的电池单元联合体仅与其最弱的电池单元一样好；如果一个单电池单元比另一单电池单元更快速地老化，则包含较弱的电池单元的电池单元排总体上受影响，尤其是均衡电流也可能在蓄电池组内流动并且限制蓄电池组的效率。如果存在有缺陷的电池单元，则即使在蓄电池组上不施加外部负载，均衡电流也可能在蓄电池组内流动。好的单电池单元由此具有较高的自放电。
发明内容
本发明所基于的任务是，这样构造用于由蓄电池组中的大量单电池单元组成的装置的保护电路，使得无需费事的测量就已经可以快速地和可靠地识别整个电池单元装置中的单电池单元的失灵。
该任务根据权利要求1的特征来解决。
如果至少两个电池单元排彼此并联，则蓄电池组的负荷电流划分成电池单元排的支路电流。如果电池单元排构造为相同的，则负荷电流也划分成相同的。根据本发明现在在蓄电池组存在负荷情况下将在第一电池单元排中在一时刻流动的支路电流与在第二电池单元排中在相同的时刻流动的支路电流相比较；在支路电流彼此间的偏差不合理时生成信号。
在就不合理的偏差进行这种比较的情况下，测量信号自身不必例如通过使用算法来得到分析，而是例如对来自并联的电池单元排的在相同的时刻所检测的支路电流的简单比较就足够了。如果不同电池单元排的支路电流彼此偏差的程度明显，也即不同，则在电池单元排之一中必然会存在故障，因为基于电池单元排的相同的构造上的结构只有相同的电流值才是合理的。在不合理的偏差情况下生成信号，所述信号再现蓄电池组与正常运行状态的偏差并且例如可以被用于关断蓄电池组。
如果支路电流的差超过预先给定的极限值，则以简单的方式生成信号；有利地，由事先标准化的支路电流形成差。如果在相同的时刻流动的支路电流之间形成差信号，其中然后将所述差信号与预先给定的极限值进行比较，则可以识别出不合理的偏差。在电池单元排被相同地构造的情况下，将极限值预先给定为“零”；如果差信号与极限值显著不同，则不再得出支路电流的合理性并且生成信号。
可能有利的是，考虑在时刻t的支路电流彼此之间的关系；也可以从该关系中直接推断出支路电流的合理性。只要将在相同地构建的电池单元排中的在相同的时刻流动的支路电流彼此比较，允许的、合理的关系例如处于“1”。如果所计算出的关系显著与预期的关系“1”不同，则不再得出合理性，并且生成信号。
也可以简单地通过以下方式进行合理性比较，即就彼此间的符号变换来对支路电流的符号进行监控。从相同的支路电流的符号的符号变换推导不合理的偏差也可以是足够的。这例如可以通过形成在第一电池单元排中在第一时刻的支路电流与相同的第一电池单元排在第二时刻的支路电流的关系来实现。
因为对于合理性比较不需要绝对值，所以通过利用在一个电池单元排中并联的单电池单元的数量来标准化所检测的支路电流而形成相对值，所述相对值可以简单地被处理。
合理性比较的另一可能性通过以下方式是可能的，即将所有支路电流在一时刻的和与蓄电池组在相同时刻的总电流相比较。适宜地，由支路电流的绝对值形成和电流并且与总电流进行比较；如果和电流与总电流彼此不同，则不再得出支路电流的合理性并且生成相应的信号。
在本发明的特别改进方案中，从所有在一时刻所检测的支路电流、尤其是标准化的支路电流中确定最大支路电流，并且被考虑用于进一步分析。为此分别确定在最大支路电流和其他支路电流中的每一个之间的差电流并且将所确定的差电流与极限值进行比较。如果超过极限值，则生成信号。
支路电流或与支路电流相应的测量值有利地被输送给分析单元，在所述分析单元中对合理性进行检验并且所述分析单元在偏差不合理时发出输出信号。
由分析单元生成的信号可以被用作操控开关的控制信号。适宜地，在蓄电池组的每个电池单元排中设置受控开关，使得一个支路可以与其他支路分离地被关断，并且在电池单元排中的开关上下降的电压可以同时地作为与流动的支路电流成比例的参量被检测和分析。由此可以取消本来对于电流测量必要的分路电阻。
有利地，作为开关设置电子开关，尤其是MOSFET或类似的器件。
如果蓄电池组由多于两个的并联的电池单元排构建，则就合理性对在所有电池单元排中流动的支路电流进行相互比较。
在本发明的改进方案中，在电池单元排的单电池单元之间设置电池单元连接器并且在单电池单元之间处于一个电池单元排的一个位置处的电池单元连接器与处于并联的电池单元排的相同位置处的电池单元连接器电连接。处于所述一个电池单元排的所述一个位置处的与均衡线路连接的电池单元连接器的电势作为第一测量参量被检测。处于所述并联的电池单元排的所述相同位置处的与均衡线路电连接的电池单元连接器的电势同样作为测量参量被检测。所检测的电势被输送给分析单元。尤其是，对所检测的电势彼此分析，其中分析结果允许对电池单元排的该位置处的有缺陷的电池单元做出判断。根据该分析生成可以被用于控制蓄电池组中的开关的信号。
以简单的方式对处于并联的电池单元排中的相同位置处的电池单元连接器的所检测的电势直接相互比较并且有利地通过减法来推导差电压，所述差电压的大小可以直接被考虑用于操控蓄电池组中的开关。如果差电压超过阈值，则输出用于关断蓄电池组的信号。
有利地，在蓄电池组的外壳中布置电池单元排，其中在外壳中设置分析单元，其中所述一个电池单元排的与均衡线路连接的电池单元连接器的电势和并联的电池单元排的所分配的电池单元连接器的所检测的电势被输送给所述分析单元。该分析单元可以被构成为微处理器并且经由相应的算法来对分别所检测的电势进行分析。
有利地，蓄电池块具有多于两个的电池单元排，所述电池单元排彼此电并联。所有处于并联的电池单元排的相同位置处的电池单元连接器有利地经由均衡线路相互电连接。在由多个电池单元排组成的这种并联电路内，该并联电路的最后的电池单元排的电池单元连接器和该并联电路的第一电池单元排的电池单元连接器的电势被检测和分析。电池单元排适宜地是并联电路的外面的电池单元排。
另一独立发明通过以下方式形成，即单个电池单元的并联的电池单元排形成由m行单电池单元和n列电池单元排组成的所设想的矩阵。通过比较电池单元连接器的电势可以确定缺陷的行并且通过电池单元排的支路电流的合理性检验可以确定缺陷的列。通过这种方式可以在由单电池单元组成的装置内对缺陷进行定位。在此，可以有针对性地通过电池单元排的开关关断按照矩阵原理所确定的有缺陷的电池单元排。
有利地，也可以将由分析单元生成的信号考虑为用于通过一个或多个开关关断整个蓄电池组的控制信号。
附图说明
本发明的其他特征由其他权利要求、说明书和附图得出，在所述附图中示出本发明的在下面详细地描述的实施例。其中：
图1以示意图示出蓄电池组的电等效电路图，
图2以示意图示出根据图1的蓄电池组的电池单元块，
图3示出用于分析所检测的电势的简图，
图4以示意图示出具有流动的电流的合理性检查的、蓄电池组的电部分等效电路图，
图5示出用于合理性检查的流程图。
具体实施方式
在图1中示出蓄电池组1，其由大量电池单元块2、3构建。在所示的实施例中，相同数量的电池单元块2或3分别串联成电池单元排A、B、C或D。电池单元排A、B、C和D彼此并联并且以其端部与蓄电池组1的端子极15或16连接。在端子极15、16之间有外部的供应电压UV。
在该实施例中，电池单元排A、B、C或D分别由十个串联成排的电池单元块2或3组成。
在图2中示例性地再现电池单元块3。在所示的实施例中，电池单元块3由三个单电池单元4组成，这些单电池单元电连接成并联电路并且它们的端子分别与电池单元连接器Z连接，所述电池单元连接器形成电池单元块3的相应的端子极5、6。
如图1所示，电池单元块2由两个处于并联电路中的单电池单元4形成；电池单元块也可以仅由一个单电池单元4形成。适宜地，电池单元块2、3由多个以并联电路和/或以串联电路电布线的单电池单元组成。
在该实施例中由四个并联的电池单元排A、B、C、D组成的蓄电池组1配备有大量均衡线路，所述均衡线路一般化地用Lna，Lnb，Lnc表示，其中n可以采用数字“0”至“10”（                                               
Figure 2012105609356100002DEST_PATH_IMAGE002
）。均衡线路Lna，Lnb，Lnc被设置为在电池单元排A、B、C和D之间的电横向连接。单单对合理性检验而言不强制性地需要均衡线路Lna，Lnb，Lnc。
在排A、B、C、D的单电池单元4或电池单元块2或3之间存在电池单元连接器。如在图1中所示，电池单元排A具有电池单元连接器Z0a，Z1a，Z2a，Z3a，Z4a，Z5a，Z6a，Z7a，Z8a，Z9a，Z10a，其下面也称为电池单元连接器Zna（）。相应地，在电池单元块3之间的电池单元排B具有电池单元连接器Znb，也即电池单元连接器Z0b，Z1b，Z2b，Z3b，Z4b，Z5b，Z6b，Z7b，Z8b，Z9b，Z10b，其一般化地用Znb（
Figure DEST_PATH_IMAGE003
）表示。在电池单元排C的电池单元块3之间的电池单元连接器用Znc，也即Z0c，Z1c，Z2c，Z3c，Z4c，Z5c，Z6c，Z7c，Z8c，Z9c，Z10c表示并且一般化地用Znc（）称呼。电池单元行D的电池单元连接器用附图标记Znd（）、也即Z0d，Z1d，Z2d，Z3d，Z4d，Z5d，Z6d，Z7d，Z8d，Z9d，Z10d表示。
电池单元连接器Z1a在电池单元排A中处于与电池单元排B中的电池单元连接器Z1b、电池单元排C中的电池单元连接器Z1c和电池单元排D中的电池单元连接器Z1d相同的第一位置处。因此相应地，电池单元排A的每个电池单元连接器Zna处于与电池单元排B中的电池单元连接器Znb、电池单元排C中的电池单元连接器Znc或者电池单元排D的电池单元连接器Znd相同的第n位置处。
均衡线路Lna，Lnb和Lnc分别将电池单元排A、B、C和D的处于电池单元排中的相同的第n位置处的电池单元连接器Zna，Znb，Znc和Znd相互连接。因此，处于该电池单元排的第六位置处的电池单元连接器Z6b经由均衡线路L6a与处于电池单元排B中的第六位置处的电池单元连接器Z6b连接，所述电池单元连接器Z6b自身经由均衡线路L6b与电池单元排C的处于电池单元排C的第六位置处的电池单元连接器Z6c连接。电池单元连接器Z6c另外经由均衡线路L6c与处于电池单元排D的第六位置处的电池单元连接器Z6d连接。关于在图1中所示的示意性电路图，处于电池单元排A、B、C、D中的第n位置处的电池单元连接器分别经由均衡线路Lna，Lnb，Lnc与相邻排的处于相同的第n位置处的电池单元连接器连接。因此，电池单元连接器Z7c与相邻电池单元排B和D的处于相同位置处的电池单元连接器Z7b和Z7d经由均衡线路L7b和L7c连接。相应地，例如电池单元排B的电池单元连接器Z2b经由均衡线路L2a和L2b与处于电池单元排A和C的相同位置处的相邻电池单元连接器Z2a和Z2c相连接。一般而言，在电池单元块2或3之间处于电池单元排A、B、C或D的第n位置处的电池单元连接器Zna，Znb，Znc，Znd经由均衡线路Lna，Lnb，Lnc与处于并联的电池单元排A、B、C或D的相同的第n位置处的电池单元连接器Zna，Znb，Znc，Znd电连接。
蓄电池组1的在图1中所示的并联电路具有外部电池单元排A和D以及内部电池单元排B和C。内部电池单元排B和C的电池单元连接器Znb和Znc分别与处于一个电池单元排的相同侧上的、相邻电池单元排的电池单元连接器电连接。
在负荷（电池单元联合体5的放电和充电）情况下在电池单元排A、B、C、D中流动的电流Ia，Ib，Ic，Id例如经由分路电阻被检测，在所述分路电阻上电压Ua，Ub，Uc，Ud下降。因此，可以经由电压降Ua，Ub，Uc，Ud检测在电池单元排A、B、C、D中的相应的电流Ia，Ib，Ic，Id。电压Ua，Ub，Uc，Ud经由信号线路140被输送给分析单元10，所述分析单元比较所抽取的电压Ua，Ub，Uc，Ud并且从而比较支路电流Ia，Ib，Ic，Id并且在支路电流Ia，Ib，Ic，Id彼此不合理地偏差时生成信号。
因为电池单元排A、B和C被相同地构造并且彼此并联，所以在每个电池单元排A、B、C中在每个时刻必然会有相同的电流Ia，Ib，Ic流动。因此电流Ia，Ib，Ic应该在每个时刻大致上相同；分析单元10因此检验，电压Ua，Ub，Uc在时刻t1是否大致相同。在该合理性比较时，忽略电压Ua，Ub，Uc的大小方面的轻微偏差；只有当电压Ua，Ub，Uc显著彼此不同时，才必然会在电池单元排之一中存在故障，因为基于电池单元排的构造上的结构相同只有相同的电流值才是合理的。通过这种方式可以就合理性对该比较进行分析，以便根据合理性的结果来生成信号，所述信号可以被用作用于经由开关40或43关断蓄电池组的控制信号，所述开关经由控制线路41、42由分析单元10操控。
外部负载电流IG划分成支路电流Ia，Ib，Ic，Id，其中电池单元排D的电流Id小于其他电池单元排A、B和C中的电流，因为电池单元排D由电池单元块2组成，所述电池单元块2仅具有两个成并联电路的单个电池单元4。分析单元10因此可以检验，所抽取的电压Ud是否比并联的电池单元排A、B、C的电压Ub，Uc，Ud小相应的程度。如果例如电池单元排D的电流Id由于在电池单元排之间的再充电效应而变得较大，则电压Ud增长，这由分析单元10记录。所检测的电压Ua，Ub，Uc和Ud彼此间的合理性不再得出；生成可以被用于切断蓄电池组的信号。
在该实施例中，所检测的电压Ua，Ub，Uc和Ud的直接比较再现支路电流Ia，Ib，Ic，Id或标准化的支路电流Ia,n，Ib,n，Ic,n，Id,n彼此间的关系；但是也可以考虑支路电流Ia，Ib，Ic，Id或标准化的支路电流Ia,n，Ib,n，Ic,n，Id,n（图5）彼此间的计算关系。从支路电流Ia，Ib，Ic，Id或标准化的支路电流Ia,n，Ib,n，Ic,n，Id,n（图5）所形成的关系V可以直接推断出支路电流Ia，Ib，Ic，Id的合理性。只要对相同地构建的电池单元排中的支路电流Ia，Ib，Ic或标准化的支路电流Ia,n，Ib,n，Ic,n（图5）进行相互比较，允许的、合理的关系V就例如处于“1”。如果所计算出的关系V显著不同于预先给定的合理的关系，则不再得出所要求的合理性并且生成例如可以被用于关断蓄电池组的信号。
形成关系也被理解为形成两个支路电流之间的差信号；对于允许的差信号，预先给定极限值，所述极限值不允许被超过。在电池单元排相同地构造的情况下，极限值被确定成“零”；如果差信号显著不同于极限值，也即差信号大于或小于再现关系的极限值，则不再得出支路电流的合理性并且生成信号。
也可以简单地通过就符号变换监控支路电流的符号来进行合理性比较；符号变换例如也可以通过一个电池单元排中在第一时刻的支路电流与在第二时刻在相同的电池单元排中流动的支路电流的关系形成来确定。如果在相同电池单元排中的支路电流的符号变换，则存在不合理的偏差；生成可以被考虑用于关断蓄电池组的信号。
在并联的电池单元排中的支路电流的符号变换也可以简单地通过以下方式被监控，即电池单元排的在相同时刻流动的支路电流被彼此相关；如果该关系为负，则支路电流变换符号，这被分类为不合理的。生成可以被用于关断蓄电池组的信号。
对于合理性比较不需要绝对测量值；用于从绝对测量值来推导信息的费事的算法和计算是不必要的。因为不需要绝对值，所以通过用在一个电池单元排中并联的单电池单元的数量标准化来标准化所检测的支路电流Ia，Ib，Ic，Id或与支路电流成比例的电压Ua，Ub，Uc和Ud。可以单独地从标准化的测量值相对于其他标准化的测量值的相对大小来确定不合理的偏差。
因此，在电池单元排A中所检测的测量值用在电池单元排A中的并联的单电池单元4的数量来标准化，也即除以“3”；相应地，在电池单元排D中所检测的测量值用在电池单元排D中的并联的单电池单元4的数量标准化，也即除以“2”。
除了在电池单元排A、B、C和D中流动的电流Ia，Ib，Ic，Id的合理性检查之外，附加地也可以在并联电路的电势点20至29或30至39处设置电压监控装置。
外部电池单元排A和D的电池单元连接器Zna和Znd形成电势点20至29或30至39，其中处于电势点之间的电压U1r，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
或
Figure DEST_PATH_IMAGE007
Figure DEST_PATH_IMAGE009
被截取。因此在蓄电池组的左侧上的电势点20至29（也即电池单元排A的电势点20至29）的电势经由信号线路120被输送给分析单元10。相应地，在并联电路右侧上的电势点30至39（也即外部电池单元排D的电势点30至39）的电势经由信号线路130被输送给分析单元10。
如果并联的电池单元排A、B、C、D的单电池单元4强度大致相同并且处于相同的状况，则在如在静止状态下的负载情况下无值得注意的电流经由均衡线路Lna，Lnb，Lnc流动。因此，在一个电池单元排中的位置“2”处的电池单元连接器的电势与并联的电池单元排的处于相同位置“2”处的电池单元连接器的电势是相同的，这些电池单元连接器经由均衡线路相互连接。如果电池单元不同强烈地老化并且例如在负载下比电池单元排A、B、C、D的其他单电池单元4更强烈地损坏，则均衡电流将经由均衡线路Lna，Lnb，Lnc流动，以便支持较弱的单电池单元。由于在均衡线路Lna，Lnb，Lnc中的均衡电流和由此在所述均衡线路的欧姆电阻上下降的电压，相互连接的电池单元连接器的电势将不同地变化。在并联的电池单元排的相同位置处的两个电池单元连接器之间的电势差因此是均衡电流的尺度和从而是有缺陷的单电池单元的指示符。
在分析单元10内对所检测的电压
Figure DEST_PATH_IMAGE011
或所检测的电势进行分析；所述分析单元有利地被构造为微处理器并且经由相应的算法分析分别所检测的电势。根据分析的结果生成信号，所述信号优选地作为控制信号经由控制线路41被输送给开关40，所述开关40在所示的实施例中被设置在蓄电池组1的正端子极16中。补充地或替换地也可以在负端子极15中设置开关43，该开关43经由控制线路42由分析单元10操控。断路器40和43布置在蓄电池组1的外壳7中并且用于在分析单元10基于所检测的电势
Figure DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure DEST_PATH_IMAGE015
的偏差生成信号并且经由控制线路41或42输出时关断整个蓄电池组1。
优选地，开关40或43被设置为电子开关44，尤其是被构造为MOSFET。
在蓄电池组运行中，均衡电流可以经由均衡线路
Figure DEST_PATH_IMAGE017
流动，以便均衡单电池单元4中的不相等的电荷量。这些均衡线路
Figure DEST_PATH_IMAGE019
这样被设计，使得所述均衡线路可以可靠地引导在正常运行中出现的均衡电流。
均衡线路
Figure DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure DEST_PATH_IMAGE023
有利地这样被构成，使得所述均衡线路同时用作在电池单元排或电池单元块之间的保险装置。如果均衡电流在正常运行中处于允许的极限内，则在电池单元块之间进行这种电荷分布，使得在所述电池单元块中基本上存储大致相同的电荷。因此，电势点20至29处的电势将分别对应于电势点30至39处的相应的电势。分析单元10因此将在并联电路的左侧上在电势点20至29处检测电压
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，其大致对应于在并联电路的右侧上在电势点30至39之间可确定的电压
Figure DEST_PATH_IMAGE027
。如果例如电压
Figure DEST_PATH_IMAGE029
大致与电压一样大，则可以认为，在电池单元排A、B、C、D中处于第四位置处的电池单元块
Figure DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure DEST_PATH_IMAGE035
按规定地工作。
而如果仅在一个单电池单元4’中出现缺陷，例如在电池单元排C的第三电池单元块3’中，则提高的均衡电流将经由均衡线路L2b或L2c和L3b或L3c流动。因为均衡线路有利地同时被构造为保险装置，所以在太高的电流情况下例如均衡线路L3b被熔化。因此在图3中假设均衡线路L3b的中断50。由于现在经由均衡线路L3b没有均衡电流流动，第三电池单元块3’的充电状态将比剩余的电池单元块2、3更快地变化。但是由此并联电路的右侧上的电势点33中的电势相对于并联电路的左侧上的电势点23的电势改变。分析单元10可以基于相应的电势点20至29或30至39的经由信号线路120、130输送的电势识别出：处于电势点32和33之间的电压
Figure DEST_PATH_IMAGE037
与在并联电路的另一侧上在电势点23和22之间测量的电压有偏差。基于该偏差生成信号，所述信号作为控制信号操作蓄电池组中的开关40或43。蓄电池组1被关断。单电池单元的进一步损坏得以避免。
以简单的方式将处于相同的第n位置处的电池单元连接器的所检测的电势
Figure DEST_PATH_IMAGE041
和
Figure DEST_PATH_IMAGE043
直接相互比较并且形成差电压
Figure DEST_PATH_IMAGE045
，其中将所述差电压永久地与阈值US比较（图3）。如果差电压
Figure DEST_PATH_IMAGE045A
在时刻T超过阈值US，则生成例如导致蓄电池组关断的信号。差电压
Figure DEST_PATH_IMAGE045AA
的在图3中所示的波动可以归因于在均衡线路中的在运行中流动的均衡电流；只有当均衡电流变得太大或者均衡线路根据其作为保险装置的特性被中断时，差电压
Figure DEST_PATH_IMAGE045AAA
才增长超过阈值US并且导致蓄电池组1关断。
作为另一独立的发明可以规定，通过单个电池单元4的并联的电池单元排A、B、C和D形成由十行（一般化地：m行）单电池单元和四列（一般化地：n列）电池单元排A、B、C和D组成的所设想的矩阵。可以通过一方面电势点30至39和20至29处的电压监控和在电池单元排A、B、C和D中流动的电池单元电流Ia，Ib，Ic，Id的合理性检查来确定由单电池单元4组成的、具有缺陷的电池单元块2、3。通过比较电池单元连接器Zna，Znd的电势可以确定缺陷的行并且通过支路电流Ia，Ib，Ic和Id的合理性检验可以确定缺陷的列A、B、C、D。如果如在图4中所示，在每个电池单元排A、B、C、D中设置开关，其在根据图4的实施例中被构造为电子开关Ma，Mb，Mc，Md，尤其是被构造为MOSFET，则可以相应地通过相应的开关Ma，Mb，Mc，Md关断按照矩阵原理所确定的有缺陷的电池单元排A、B、C、D。但是适宜地，通过布置在蓄电池组1的外壳中的开关40或43来关断整个蓄电池组。也可以规定，在出现缺陷时代替处于端子极中的开关40和43而经由控制线路150同时切断所有处于电池单元排中的电子开关Ma，Mb，Mc，Md。
如在图4中所示，也可以将在电池单元排A、B、C和D中流动的电流Ia，Ib，Ic，Id与总电流IG比较，所述总电流在蓄电池组1的端子极15或16处被检测。在此，在支路中流向或流自节点60的电流Ia，Ib，Ic，Id的绝对值一方面被相加并且另一方面与在端子极16中流向节点60的、也可以作为绝对值使用的电流IG相比较。有利地适用的是：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
。
只有当所形成的和电流
Figure DEST_PATH_IMAGE049
对应于总电流IG或时，才得出合理性。如果总电流为“零”，但是确定了和电流，则结果是不合理的；生成相应的信号。因此经由例如在分析单元10中的合理性检验可以在任何时候确定：蓄电池组是否仍运行正常。
如果由于在一个电池单元排、例如在电池单元排C中的缺陷而得出均衡电流，则例如故障电流IF可以例如从电池单元排D流出到电池单元排D中；从而电流的各个绝对值的和电流
Figure DEST_PATH_IMAGE049A
相对于总电流IG的绝对值变化，这通过合理性检验被识别为缺陷。
以简单的方式可以通过在电子开关Ma，Mb，Mc，Md上下降的电压Ua，Ub，Uc，Ud来检测电池单元排A、B、C、D中的支路电流Ia，Ib，Ic，Id，使得不需要分路电阻。在电子开关上下降的电压Ua，Ub，Uc，Ud是与流动的支路电流Ia，Ib，Ic，Id成比例的参量。如果存在显著的缺陷，则例如在开关Ma，Mb，Mc，Md上下降的电压可以翻转，如在图4中以具有电压UF的电池单元排D为例虚线地示出的。
在该实施例中，单电池单元4在化学上基于锂；有利地，单电池单元4是锂离子电池单元，锂聚合物电池单元，LiFE电池单元或者诸如此类电池单元。单电池单元4也可以具有其他化学结构，例如NiCd、NiMh等。
在合理性检验的其他实施方式中，按照在图5中的在时间上一再经历的流程图从所有检测的支路电流Ia，Ib，Ic，Id、尤其是标准化的支路电流Ia,n，Ib,n，Ic,n，Id,n来确定最大支路电流Imax并且考虑用于进一步分析。在该流程图中，用100表示在时刻t1检测支路电流Ia，Ib，Ic，Id的步骤并且用200表示根据在一个电池单元排的一个电池单元块中并联连接的单电池单元4的数量n进行标准化的步骤。在步骤300中，从标准化的支路电流Ia,n，Ib,n，Ic,n，Id,n中选择最大的支路电流Imax并且在接着的步骤400中分别确定最大的支路电流Imax与其他支路电流Ii中的每一个之间的差电流ΔIi。因此如果标准化的支路电流Ic,n被确定为最大的支路电流Imax（Imax=Ic,n），则如下确定相应的差电流ΔIi：
Figure DEST_PATH_IMAGE053
在步骤500中从所确定的差电流ΔI1，ΔI2，ΔI3中选择最大的差电流ΔImax并且在判定棱形600的随后步骤中与预先给定的允许的极限值IG比较。如果差电流ΔImax低于允许的极限值IG，则经由判定棱形600的支路700返回到步骤100，以便再次在随后的时刻t2检测支路电流并且在随后的步骤中重新分析所述支路电流。
如果差电流ΔImax高于允许的极限值IG，则经由判定棱形600的支路800行进到下一步骤900，其中生成信号，所述信号可以被考虑用于操控电子开关、尤其是MOSFET，以便例如切断蓄电池组。流程图行进到停止。

Claims (25)

1. 一种用于由蓄电池组（1）中的大量单电池单元（4）组成的装置的保护电路，其中预先给定数量的单电池单元（4）串联成电池单元排（A，B，C，D），并且至少两个电池单元排（A，B，C，D）彼此并联，并且将在蓄电池组（1）的负荷情况下在第一电池单元排（A，B，C，D）中流动的支路电流（Ia，Ib，Ic，Id）与在第二电池单元排（D，C，B，A）中流动的支路电流（Id，Ic，Ib，Ia）相比较并且在支路电流（Ia，Ib，Ic，Id）彼此间的偏差不合理时生成信号。
2. 根据权利要求1的保护电路，其特征在于，如果支路电流（Ia，Ib，Ic，Id）的差超过预先给定的值（IG），则生成信号。
3. 根据权利要求1的保护电路，其特征在于，如果标准化的支路电流（Ia，Ib，Ic，Id）的差超过预先给定的值（IG），则生成信号。
4. 根据权利要求1的保护电路，其特征在于，从支路电流（Ia，Ib，Ic，Id）彼此的关系（V）中推导出不合理的偏差。
5. 根据权利要求1的保护电路，其特征在于，从支路电流（Ia，Ib，Ic，Id）的符号的符号变换中推导出不合理的偏差。
6. 根据权利要求1的保护电路，其特征在于，用在一个电池单元排（A，B，C，D）中并联的单电池单元（4）的数量来标准化所检测的支路电流（Ia，Ib，Ic，Id）。
7. 根据权利要求1的保护电路，其特征在于，从由支路电流（Ia，Ib，Ic，Id）的绝对值形成的和电流与总电流（IG）的比较中推导出不合理的偏差。
8. 根据权利要求1的保护电路，其特征在于，从所检测的支路电流（Ia，Ib，Ic，Id）中确定最大支路电流（Imax），在最大支路电路（Imax）和其他支路电流（Ia，Ib，Ic，Id）之间确定差电流（ΔIi）并且至少将差电流（ΔIi）与极限值（IG）进行比较。
9. 根据权利要求1的保护电路，其特征在于，将与支路电路（Ia，Ib，Ic，Id）相应的测量值输送给分析单元（10），在所述分析单元中对合理性进行检验并且所述分析单元在存在不合理的偏差情况下发出输出信号。
10. 根据权利要求1的保护电路，其特征在于，在每个电池单元排（A，B，C，D）中布置由分析单元（10）控制的开关（Ma，Mb，Mc，Md）。
11. 根据权利要求10的保护电路，其特征在于，在所述开关（Ma，Mb，Mc，Md）上下降的电压（Ua，Ub，Uc）作为与流动的支路电流（Ia，Ib，Ic，Id）成比例的参量被检测和分析。
12. 根据权利要求10的保护电路，其特征在于，所述开关（Ma，Mb，Mc，Md）是电子开关。
13. 根据权利要求1的保护电路，其特征在于，所述蓄电池组（1）由多于两个的并联的电池单元排（A，B，C，D）构建并且将在所有电池单元排（A，B，C，D）中流动的支路电流（Ia，Ib，Ic，Id）彼此进行比较。
14. 根据权利要求1的保护电路，其特征在于，处于电池单元排（A，B，C，D）的单电池单元（4）之间的电池单元连接器（Zna，Znb，Znc，Znd）经由均衡线路（Lna，Lnb，Lnc）与处于并联的电池单元排（A，B，C，D）的相同位置处的电池单元连接器（Zna，Znb，Znc，Znd）电连接，并且一个电池单元排（A，B，C，D）的一个位置的与均衡线路（Lna，Lnb，Lnc）连接的电池单元连接器（Zna，Znb，Znc，Znd）的电势（Unr，Unl）被检测以及并联的电池单元排（A，B，C，D）的相同位置处的与均衡线路（Lna，Lnb，Lnc）电连接的电池单元连接器（Zna，Znb，Znc，Znd）的电势（Unr，Unl）被检测并且所检测的电势（Unr，Unl）被输送给分析单元（10）。
15. 根据权利要求14的保护电路，其特征在于，对所检测的电势（Unr，Unl）相互分析并且根据分析的结果生成信号。
16. 根据权利要求15的保护电路，其特征在于，对所检测的电势（Unr，Unl）直接相互比较。
17. 根据权利要求14的保护电路，其特征在于，从并联的电池单元排（A，B，C，D）的相同位置的电池单元连接器（Zna，Znb，Znc，Znd）的所检测的电势（Unr，Unl）推导出差电压（ΔU）并且与预先给定的阈值（US）进行比较，其中根据对阈值（US）的超过生成所述信号。
18. 根据权利要求14的保护电路，其特征在于，电池单元排（A，B，C，D）布置在蓄电池组（1）的外壳（7）中并且在外壳（7）中设置分析单元（10），其中所述一个电池单元排（A，B，C，D）的与均衡线路（Lna，Lnb，Lnc）连接的电池单元连接器（Zna，Znb，Znc，Znd）的电势（Unr，Unl）和并联的电池单元排（A，B，C，D）的所分配的电池单元连接器（Zna，Znb，Znc，Znd）的电势（Unr，Unl）被输送给所述分析单元（10）。
19. 根据权利要求14的保护电路，其特征在于，在蓄电池组（1）中多个电池单元排（A，B，C，D）彼此并联，并且所有处于并联的电池单元排（A，B，C，D）的相同位置处的电池单元连接器（Zna，Znb，Znc，Znd）经由均衡线路（Lna，Lnb，Lnc）相互电连接。
20. 根据权利要求19的保护电路，其特征在于，并联电路的第一电池单元排（A）的电池单元连接器（Zna）的电势（Unl）和并联电路的最后的电池单元排（D）的电池单元连接器（Znd）的电势（Unr）被检测和分析。
21. 根据权利要求14的保护电路，其特征在于，单个电池单元（4）的并联的电池单元排（A，B，C，D）形成由m行单电池单元（4）和n列电池单元排（A，B，C，D）组成的所设想的矩阵，其中通过比较电池单元连接器（Zna，Znb，Znc，Znd）的电势确定缺陷的行n并且通过支路电流（Ia，Ib，Ic，Id）的合理性检验确定缺陷的列m。
22. 根据权利要求21的保护电路，其特征在于，在每个电池电源排（A，B，C，D）中布置由分析单元（10）控制的开关（Ma，Mb，Mc，Md）。
23. 根据权利要求22的保护电路，其特征在于，通过所述开关（Ma，Mb，Mc，Md）关断按照矩阵原理所确定的有缺陷的电池单元排（A，B，C，D）。
24. 根据权利要求1的保护电路，其特征在于，将所述信号考虑作为控制信号来用于通过一个或多个开关（Ma，Mb，Mc，Md；40，43）关断电池单元排（A，B，C，D）或整个蓄电池组（1）。
25. 根据权利要求10的保护电路，其特征在于，所述开关（Ma，Mb，Mc，Md）是MOSFET。
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