CN103477494A - 车辆电池和用于运行这种电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的具有多个电池单体（12）的电池（10），所述电池单体形成了单体组（14）。在电池（10）的运行中通过至少一个线路（16、18）能把电能从单体组（14）中取出或引入该单体组（14）中。至少一个监视设备，尤其是光耦合器（34）用于监视存在于至所述电池（10）的另外的部件（20、24、52、58）的至少一个线路（16、18）的至少一个可拆松的连接位置（28、30、32、54、56）的电阻，其中监视设备（34）在并联支路（38）中连接至连接位置（28、30、32、54、56）。此外，本发明还涉及一种用于运行这种电池（10）的方法。通过监视连接位置（28、30、32、54、56）的电阻能避免电池（10）的局部过热。

Description

车辆电池和用于运行这种电池的方法
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的具有多个电池单体的电池，所述电池单体形成了单体组。在电池的运行中通过至少一个线路能从单体组中引出电能或将电能引入该单体组中。此外，本发明还涉及一种用于运行这种电池的方法。
背景技术
对用于车辆的高压电池——尤其是基于锂离子的动力电池——来说，当强烈升温时会出现严重的功能损害或者甚至出现对人的伤害。为了避免出现局部的大的热形成，在电池内部谨慎地进行线路的可拆松连接。因此当旋紧连接位置时注意保持预定的螺紧力矩。对夹紧连接或卡扣连接来说，要使用高质量的电缆接头和插塞接头，以实现具有特别小的电阻的可拆松连接。由此要确保：即使在输出高电流强度的电流和高功率的电池的恶劣的运行条件下，在其整个寿命中也尽可能不出现局部过热。例如，这种过热会出现在变得松动的连接位置处。
JP09 035 753A描述了一种用于电池的电路布置，其中第一电压表测量在两个与两个电池电级连接的连接器引脚之间流经测量电阻的电流。第二电压表通过两个另外的同样与两个电池电级耦联的连接器引脚获取存在于这两个连接器引脚上的电压。因此，能确定连接器引脚的接触电阻。这种用于借助于两个电压表获取接触电阻的电路布置花费极大。
发明内容
因此，本发明的目的在于，实现前述类型的电池以及方法，这种电池或方法简单地实现了电池的特别可靠的运行。
该目的通过具有权利要求1所述的特征的电池以及通过权利要求10所述的特征的方法实现。在从属权利要求中给出本发明的具有合适的改进方案的有利的设计。
在根据本发明的电池中，为监视在至少一个线路与电池的另外的部件相连接的至少一个可拆松的连接位置上存在的电阻而设有至少一个监视设备，该监视设备连接在一与所述至少一个连接位置并联的并联支路中。由此，可以借助于监视设备确定：在线路的连接位置是否出现不允许的高过渡电阻/节电阻/接触电阻，该过渡电阻随后可能导致连接位置的不期望的过热。
在动力电池——尤其是锂离子电池——中通常设置的用于获取温度和电参量的单元由于测量精度不够高而不适合用于对在线路的可拆松连接位置处相应存在的过渡电阻进行检测。例如，在单体组的总电压为300伏时，2.5%的测量偏差会导致高达7.5伏的误差。这种电压会导致在线路的可拆松的连接位置的强烈发热，而这又不能借助于用于检测单体组的电压测量单元检测出来。
通过此处在可拆松的连接位置上设置监视设备——该监视设备能检测出在可拆松的连接位置上的过渡电阻升高到超出一允许的高值，当电阻超出允许的最高值时能及时采取对策。由此通过简单的方式保证了在电池的寿命中电池的特别可靠的运行。
如果监视设备实施为模拟式的电压表，则在高压电池和以较小电压运行的控制器之间设置模数转换器和电势隔离点会带来相对较高的复杂性和相应的成本。
因此，根据本发明的特别有利的设计方案，所述至少一个监视设备包括光耦合器，所述光耦合器的光发射器与所述连接位置并联。如果在线路的可拆松的连接位置上存在很小的过渡电阻，则在连接位置引导电流的情况下没有电流流经光耦合器的并联支路，且光发射器不发射光。然而，如果可拆松的连接位置上的过渡电阻增大至一不允许的高值，则在连接位置引导电流的情况下在光耦合器的具有光发射器的并联支路上有足够大的电压降，从而光发射器发出光。所发出的光便由光耦合器的光传感器检测出并用于产生被检测出的信号。通过光耦合器以简单且价廉的方式在高压电池的线路与检测信号的分析单元之间实现电势隔离位置。
在本发明的有利的设计方案中，设置了双向的光耦合器，从而在电池的充电和放电时都能检测出在线路的可拆松的连接位置上的不允许的高过渡电阻的出现。
为了确定出如下电压值：当超过该电压值时光发射器发射光，根据另一个实施方案可以在光耦合器的光发射器之前连接有至少一个电阻元件。所述电阻元件尤其可以是能切换的，从而能改变光发射器的最小触发电平/触发阈值。
也可以仅利用一个监视设备来监视多个串联的连接位置。为此根据本发明的另一个有利的设计方案，监视设备以如下方式连接在与所述线路并联的并联支路中。因此能利用特别小的花费控制如下线路区域：其中存在多个连接位置且这多个连接位置中至少一个具有不允许的高过渡电阻。
还被表明有利的是，至少一个监视设备与控制设备耦联，借助于该控制设备能降低从单体组输出的电能。由此，如果在线路的至少一个可拆松的连接位置上检测到过高的过渡电阻，就可以自动地使从单体组输出的电能降低。尤其可以设计为，当监视设备检测到在线路的可拆松的连接位置上存在过高的电阻值时，则把单体组的电能输出减少至零值，即关掉电池系统。或者也可以，把从单体组输出的电能减少至一值，该值恰好足以用于车辆的继续前进，从而使车辆在紧急运行中（limp home mode）能行驶回家或至服务站或工厂。
在本发明的另一个有利的设计方案中，电池的另外的部件是线路支路，该线路支路连接至一与单体组的电池电级耦联的连接件。即在这种位置处通常设置螺纹式或插接式的连接，从而此处监视过渡电阻的可能的升高对电池的安全运行来说是有意义的。
此外有利的是，所述另外的部件是电池的至少一个接触器，其中监视设备连接在与接触器的单体组侧接头并联的并联支路中。通过这种方式能监视从单体组直至接触器的可靠连接。附加地或替代地，监视设备连接在与接触器的输出侧接头并联的并联支路中，该接头与电池的高压接头耦联。此外还可以在可能升高的过渡电阻方面监视接触器的该接头。
还可以在与包括接触器的两个接头的接触器负荷电流路径并联的并联支路中仅布置一个监视设备。从而既能监视接触器的两个接头的过渡电阻又能监视接触器的内部触点的过渡电阻。这样实现了：确定出所接入的接触器的电阻升高至不期望的高值。
电池的所述另外的部件也可以包括安全插头，借助于该安全插头能断开单体组内部的电连接。当在维修时需要确保单体组内部的电路被断开时，可以拔出也称为维修插头的这种安全插头。这种安全插头同样能具有插接连接或螺纹连接，且在该可拆松的连接位置出现的高过渡电阻会导致不期望的过热。因此，此处借助于连接在与接触位置并联的并联支路中的监视设备对过渡电阻进行监视也是有利的。
最后已被证明有利的是，电池的所述另外的部件包括与安全插头耦联的或者内置在安全插头中的保险器（保险丝）。这种可选的保险器通常通过插接连接与安全插头耦联，因此能监视其过渡电阻。
在根据本发明的用于运行车辆电池的方法中，多个电池单体形成单体组，通过至少一个线路将电能从单体组引出或将电能引入单体组中。在此借助于监视设备监视存在于所述至少一个线路的至少一个可拆松的连接位置上的电阻，所述监视设备连接在一与所述至少一个连接位置并联的并联支路中。由此可以在电池的运行中持久地监视线路的至少一个可拆松的连接位置的过渡电阻，从而当电流经过连接位置时，及时地识别出过渡电阻升高至不允许的高值。这样实现了电池的特别安全的运行。
针对根据本发明的电池描述的优点和优选的实施方案同样适用于根据本发明的方法。
在前述描述中提到的特征和特征组合以及随后在附图说明中提到的和/或仅在附图中示出的特征和特征组合不仅能以分别给出的组合使用，而且在不脱离本发明的范围的情况下也能以其它组合使用或单独地使用。
附图说明
由权利要求、随后对优选实施方案的描述以及根据附图得到本发明的其它优点、特征和细节。
附图极其简化地示出用于车辆的高压电池，其中在高压电池的电流输出或电流消耗期间连续地监视在线路的螺纹连接或插接的连接位置上出现的过渡电阻。
具体实施方式
用作机动车中动力电池的高压电池10包括多个电池单体12，这些电池单体形成了一单体组14。相应的连接线路16、18使单体组14的电池电级分别与第一主接触器20和第二主接触器24相连接，该第一主接触器与电池10的正极高压接头22耦联，第二主接触器与电池10的负极高压接头26耦联。
第一连接线路16在相应的连接位置28处一方面与单体组14的电池电级耦联而另一方面与主接触器20耦联，其中连接位置28可设计为螺纹式或插接式的连接部。
类似的连接位置28确保了第二连接线路18与单体组14的另一电池电级和第二主接触器24的连接。另外，相应的主接触器20、24与分派给其的高压接头22、26的连接位置30、32设计为相应的连接线路16、18的螺旋式或插接式的连接部。
这种连接位置28、30、32例如因为松动或者由于磨损可能具有高的过渡电阻。这种高的过渡电阻会导致不期望的过热，过热会导致电池10的明显的功能损坏并在最坏的情况下会导致电池起火。因此在此处监视：是否在可拆松的连接位置28、30、32处存在不允许的高电阻。
为此设置了作为监视设备的相应的光耦合器34，该光耦合器的发光二极管36布置在与相应的连接位置28、30、32并联的支路38中。在此仅示出一个这种光耦合器34，其例如连接在连接位置32上，但优选的是对所有的连接位置28、30、32相应地监视过渡电阻。
并联支路38也可以与串联的连接位置28、32并联地连接到连接线路38上。则一个光耦合器34便足以用于既监视主接触器24的两个接头以及设置在主接触器24内部的触点。此外，也可以借助于同一个光耦合器34来监视线路18在与单体组14的电池电级耦联的连接件上的连接位置28。
尤其当需要借助于唯一的光耦合器34监视多个串联的连接位置28、32时，可以在光耦合器34的发光二极管36之前连接至少一个电阻元件，以便调节发光二极管36的最小触发电平。因此可以设计为，当并联支路38与多个连接位置28、32并联地连接至连接线路18时，只有在光耦合器34的相应的发光二极管36上下降的电压较高时该发光二极管36才发出光，这与光耦合器34仅监视一个连接位置32时的情况一样。
光耦合器34在此设计为双向的光耦合器34，从而在单体组14充电和放电时都能检测到存在于连接位置32的电阻。当连接位置32具有小的过渡电阻时，则没有电流流经相应的发光二极管36。然而，如果连接位置32的过渡电阻升高至不允许的高值，则在一（未示出的）电阻元件——该电阻元件连接在相应的发光二极管36之前——上下降的电压高到使发光二极管36发光。光耦合器34的光传感器40检测到由发光二极管36发射的光并且通过信号线路42将一相应的信号发送至控制器44。随后，控制器44负责使单体组14输出较少的电能或者不再输出电能。光耦合器34可以内置在控制器44中。
在辅助线路46中与主接触器20并联地布置有一预充电接触器/前充电接触器48，该预充电接触器之前连接有预充电电阻50。在连接位置28处辅助线路46与连接线路16耦联，在连接位置30处该辅助线路与连接线路16的部分连接，该连接线路使主接触器20与高压接头22耦联。
像在此示例性示出的那样，单体组14可以包括在维修情况下可拔出的安全插头52，该安全插头允许断开单体组14内部的电连接。安全插头52的插塞触点54同样表现为可拆松的连接位置，可借助一光耦合器34在存在不允许的高过渡电阻方面监视该连接位置。在此，在插塞触点54处的过高的电阻导致：监视相应的插塞触点54的光耦合器34向控制器44发送一信号。以类似方式可以监视可拆松的连接位置56，（可选的）保险器58通过可拆松的连接位置与安全插头52耦联。
如果在相对于两个插塞触点54的并联支路中设置唯一的光耦合器34，则可以利用该光耦合器34确定出：在安全插头52的范围内所有存在的连接位置56或插塞触点54处过高的过渡电阻的出现。
通过在高压电池10的运行中持久地监视可拆松的连接位置28、30、32、54处的相关过渡电阻，可以确保在高压电池的寿命中该高压电池10的特别安全的运行。
此外，当在至少一个连接位置28、30、32、54、56处出现形式为不允许的高电阻的故障时，降低或禁止单体组14的电功率输出，从而能可靠地避免电池系统的不期望的过热。

Claims (10)

1.一种用于车辆的电池，所述电池具有多个电池单体（12）以及至少一个线路（16、18），所述多个电池单体形成单体组（14），在所述电池（10）的运行中通过所述至少一个线路能将电能从所述单体组（14）中引出或能将电能引入所述单体组（14）中，其特征在于，设有至少一个监视设备（34）用于监视在所述至少一个线路（16、18）与电池（10）的另外的部件（20、24、52、58）相连接的至少一个可拆松的连接位置（28、30、32、54、56）上存在的电阻，所述监视设备（34）连接在一与所述至少一个连接位置（28、30、32、54、56）并联的并联支路（38）中。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述至少一个监视设备包括光耦合器（34），所述光耦合器的光发射器（36）与所述至少一个连接位置（32）并联。
3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，双向的光耦合器（34）。
4.根据权利要求2或3所述的电池，其特征在于，在所述光耦合器（34）的光发射器（36）之前连接有至少一个电阻元件，借助于所述至少一个电阻元件能确定一电压值，当超过该电压值时光发射器（36）发出光。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池，其特征在于，所述至少一个监视设备（34）以如下方式连接在与所述线路（16、18）并联的并联支路（38）中：能监视至少两个串联的连接位置（28、30、32、54、56）的电阻。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池，其特征在于，所述至少一个监视设备（34）与一控制设备（44）耦联，借助于所述控制设备能使从所述单体组（14）输出的电能降低，尤其能使所述电能降低至零值。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池，其特征在于，所述另外的部件是电池（10）的至少一个接触器（20、24），其中所述监视设备（34）连接在与
-单体组侧的接触器（20、24）接头（28）和/或
-与电池（10）的高压接头（22、26）耦联的接触器（20、24）接头（30、32）和/或
-包括接触器（20、24）的两个接头（28、30、32）的接触器（20、24）负荷电流路径
并联的并联支路（38）中。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池，其特征在于，电池（10）的所述另外的部件包括安全插头（52），借助于所述安全插头能断开所述单体组（14）内部的电连接。
9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，电池（10）的所述另外的部件包括与所述安全插头（52）耦联的保险器（58）。
10.一种用于运行车辆电池（10）的方法，在所述电池中多个电池单体（12）形成单体组（14），在所述方法中通过至少一个线路（16、18）将电能从单体组（14）引出或将电能引入单体组（14）中，其特征在于，借助于监视设备（34）监视存在于所述至少一个线路（16、18）的至少一个可拆松的连接位置（28、30、32、54、56）上的电阻，所述监视设备（34）连接在一与所述至少一个连接位置（28、30、32、54、56）并联的并联支路（38）中。
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