CN103580106B - 蓄电池模块、蓄电池管理系统、驱动装置供电系统和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有诸如锂离子蓄电池单元的蓄电池单元的蓄电池模块。此外，本发明涉及蓄电池管理系统和用于以电能为适于产生扭矩的机器的驱动装置供电的系统。再者，本发明涉及一种机动车。依据本发明，蓄电池模块(220)的特征为至少一个放电电路，放电电路用于为由蓄电池模块(220)所包括的蓄电池单元(140)放电，其中，放电电路包括控制信号输入端、开关(320)和电阻(310)并且被设置为响应于在控制信号输入端上的控制信号来闭合开关(320)，以便电连接蓄电池模块(220)的端子。然后，借助于相应的控制信号能够安全地为蓄电池模块放电。内部的短路不再会导致蓄电池单元的火灾，该内部的短路例如能够在机械的力的作用之后还长时间地出现。

Description

蓄电池模块、蓄电池管理系统、驱动装置供电系统和机动车
技术领域
本发明涉及一种具有诸如锂离子蓄电池单元的蓄电池单元的蓄电池模块。此外，本发明涉及一种蓄电池管理系统和一种用于以电能为适于产生扭矩的机器的驱动装置供电的系统。再者，本发明涉及一种机动车。
背景技术
用于产生交变电压的高功率蓄电池系统通常包括基于锂离子技术的蓄电池和称作逆变器的、具有串联地设置在并行的电流分支之上的功率开关的逆变器。如果这样的蓄电池系统的逆变器包括三个或者更多的并行的电流路径，那么该蓄电池系统能够直接被构造用于为适于产生扭矩的、用于驱动混合动力车辆和电动车辆的机器馈电。这样的蓄电池系统也被称作牵引蓄电池系统或者简称牵引蓄电池。
为了达到混合动力和电动车辆中的和基于其他的交变电压的应用中所要求的功率和能量数据，蓄电池具有直至450伏特的电压。为此，在牵引蓄电池中，将串联连接并且部分附加地并联连接单个的蓄电池单元。
因此，在高功率蓄电池中通常超过在人接触方面分级为不危险的60伏特的电压界限。
在图1中示出了根据现有技术的蓄电池模块220的原理电路图。除了蓄电池模块220的蓄电池单元140之外，该蓄电池系统还具有所谓的充电和分离装置130，在图1中被设置在蓄电池系统的正极和蓄电池模块220的蓄电池单元140之间。借助于分离开关120和分离开关125能够将蓄电池单元的正极从蓄电池系统的正极分离。借助于分离开关120也能够将蓄电池单元的正极低阻地——即低电阻地——与蓄电池的正极电连接。分离开关120断开时，蓄电池单元的正极与分离开关125电连接，也经由充电电流源110与蓄电池的正极电连接。作为可选的功能单元，在图1中示出了另外的分离装置170，借助于该分离装置170能够在需要时通过第二分离开关150双极地从蓄电池系统的负极分离。该蓄电池系统在图1中还具有服务断开插头160。其中，其能够是机械的分离插头，该分离插头在事故时或者其他的危险时能够由救援或者维护力量取出，以便单极地分离蓄电池。该服务断开插头160的布置在图1中是示例性的，非对称的布置同样是可能的。
在图2中示出了根据现有技术的电驱动系统的原理电路图，例如应用在电动和混合动力车辆中。例如实施为感应电机的电机200通过逆变器或者脉冲变换器210来馈电。
当前已知的蓄电池系统中，通常来说，蓄电池在识别出危险的状态时，例如事故时，在该情况下将激活制约系统、从车辆的牵引车载电网分离。其中，只要能够通过存在的两个分离开关来实现，那么实现从逆变器的双极的分离。
发明内容
依据本发明提出了用于为包括在蓄电池系统之中的蓄电池放电的蓄电池模块。所述蓄电池模块的特征在于至少一个放电电路，所述放电电路用于为包括在所述蓄电池模块之中的蓄电池单元放电，其中，所述放电电路包括控制信号输入端、开关和电阻并且被设置为将所述开关响应于在所述控制信号输入端上的控制信号闭合，以便将所述蓄电池模块的端子电连接。
然后，借助于相应的控制信号，所述蓄电池模块能够安全地放电。然后，内部的短路不再会导致蓄电池单元的火灾，该内部的短路例如能够在机械的力的作用之后还长时间地出现。
在一个实施形式中，所述电阻被设置为能够将所述蓄电池单元从完全充电状态开始在一个预先给定的时间内放电。
然后，能够通过时间监控确定所述模块什么时候完全放电了。
其中，所述开关能够是电子机械开关或者半导体开关。
这将允许简单的开关。
进一步有利地，所述蓄电池模块的所述蓄电池单元编组在蓄电池单元组之中，其中，每个蓄电池单元组包括放电电路。
由此将缩短所述放电的持续时间。
位于两个蓄电池单元组之间的电连接能够包括可取出的服务断开插头，其中，在取出服务断开插头时将中断所述至少一个电连接。
这将提高放电的安全性。
所述蓄电池模块具有用于通过经由欧姆式电阻的并联电路来为所述蓄电池单元放电来平衡所述蓄电池单元的充电状态的电子装置，将能够使用所述电子装置，其响应于所述控制信号也通过所述并联电路为所述蓄电池单元放电。
由此进一步缩短了所述放电的持续时间。
依据本发明还提出了一种用于蓄电池系统的蓄电池管理系统，其中，所述蓄电池系统包括至少一个依据本发明所述的蓄电池模块。所述蓄电池管理系统的特征在于所述蓄电池管理系统包括控制信号输出端并且被构造为在所述信号输出端上提供控制信号，其中，所提供的控制信号适于实现所述放电电路的所述开关的闭合。
在用于所述蓄电池模块的一个实施形式的蓄电池管理系统的一个实施形式中，该实施形式包括用于通过经由欧姆电阻的并联电路来为所述蓄电池单元放电来平衡所述蓄电池单元的充电状态的电子装置，所提供的控制信号也适于实现经由所述并联电路的放电。
最后，依据本发明提供了一种机动车，其具有适于由电能产生扭矩的机器和用于以电能为所述机器供电的系统。所述机动车的特征在于所述系统包括依据本发明所述的蓄电池模块和依据本发明所述的蓄电池管理系统。
附图说明
借助于附图和后续的说明书进一步阐述本发明的实施例。
图1示出了根据现有技术的蓄电池系统的原理电路图；
图2示出了根据现有技术的驱动系统的原理电路图；
图3示出了依据本发明所述的蓄电池模块的第一示例实施例的原理电路图；以及
图4示出了依据本发明所述的蓄电池模块的第二示例实施例的原理电路图。
具体实施方式
伴随开发过程的、对于用于产生交变电压的蓄电池系统的测试，例如对具有串联地设置在并联的电流支路上的功率开关的逆变器的锂离子蓄电池的测试已经得出，即在蓄电池系统中出现多样的情况时，该蓄电池系统在机械测试之后尽管在蓄电池上有高密度的机械力的作用而在测试期间首先不会引起任何问题，在多样的情况中便有开始不起眼的蓄电池系统在机械的测试之后的几个星期便陷入火灾。
以下更确切地描述的示例的本发明的实施形式实现了将蓄电池单元在事故或者严重的技术问题之中——例如蓄电池单元通过不正常工作的充电器而引起的有威胁的过充电——通过受控的放电而转变入安全的状态之中。该蓄电池在长时间地处于该安全的状态之下也不会导致火灾。其中，该蓄电池单元将被持续地放电，使得例如内部的短路不再会导致蓄电池单元的火灾。
本发明的示例的实施形式设置了在识别出事故或者严重的技术问题之后立即借助于蓄电池管理系统首先通过分离开关的断开来执行该蓄电池220的至少单极的、只要可能则更好为双极的分离。
接下来，该蓄电池管理系统经由采样电路(Abtaktschaltung)300的通信接口发送用于闭合开关310的命令。然后，开关310闭合时，蓄电池单元140通过该采样电路300的电阻320来放电。
如果存在多个放电电路301和302，该多个放电电路301和302分别被设置为用于为包含在蓄电池模块中的蓄电池单元组141和142放电，那么该蓄电池管理系统将发送控制命令来闭合在所有蓄电池单元组141和142中的开关。例如，在图4中示出为两个组。
在一个未在附图中示出的实施例中，蓄电池模块首先拥有用于充电均衡的电子装置。该充电均衡亦称作蓄电池单元平衡。借助于该电子装置能够通过欧姆式电阻的并联电路来有目的地放电并且因此来相互平衡蓄电池单元的充电状态。其中，该在附图中未示出的实施例包括用于触发电子装置的触发设备，从而使得蓄电池单元同时既通过采样或者放电电路也通过蓄电池单元平衡电子装置来放电。该附加的放电的这种形式与分离装置是否将蓄电池从负载——例如将经由逆变器馈电的电机——分离或者是否将介于两个包含在模块之中的蓄电池单元组之间的服务断开插头取出无关。
在其他的在附图中未示出的实施例中，蓄电池模块与逆变器或者脉冲变换器一起用于为电机馈电，该电机例如被实施为感应电机。该逆变器至少包括具有通过逆变器的外部的触发可控的、串联连接的功率开关的并行的电流分支。该逆变器被设置为用于该外部的触发，该外部的触发实现将在至少一个并行的电流分支中的功率开关同时接通。其中，其他的在附图中未示出的实施例包括用于触发逆变器的电子装置或者分离装置的触发设备，从而使得蓄电池单元同时既通过该采样电路或者放电电路也通过充电电流源和逆变器放电。
特别地，其他的未示出的实施形式适于无服务断开插头的系统或者适于以下情形，在该些情形中不取出服务断开插头。然而，通过充电电流源和逆变器的附加的放电能够总是通过蓄电池管理系统的相应的触发来发起，而与这样的附加的放电是否由于服务断开插头的取出或者逆变器的故障而无法实现无关。
在附加的通过充电电流源110的放电中，必须针对在该附加的放电中所出现的电流强度来设置该充电电流源110。替代地，该蓄电池管理系统能够在放电期间检验是否受到该电流源110的过载的威胁。其中，该过载能够由该蓄电池管理系统例如基于模型地识别出。在检验过后得出该充电电流源110由于关断从过载中恢复并且重新能够为蓄电池单元140放电，那么该充电电流源110将重新由蓄电池管理系统接通并且继续为蓄电池220放电。
通过采样电路独自地或者在蓄电池单元平衡电子装置和/或逆变器的帮助下以这种方式继续为蓄电池系统的蓄电池单元140放电，从而使得之后出现的不受控制的内部的或者外部的短路不再会导致危险。
在确定了蓄电池220已经足够地放电之后，蓄电池220能够在其他的未示出的实施例中重新通过分离开关120和150的断开装置11并且同时通过充电电流源110的关断装置2来从逆变器210双极地分离。
原则上，将蓄电池单元140在出现技术问题时转变至放电状态是有意义的。作为示例，蓄电池220的充电过程涉及电动车辆，其中，充电器并未因为故障减小充电电流，尽管蓄电池220已经充满电了。
在这种情况下蓄电池220将以所描述的方式放电。

Claims (9)

1.一种蓄电池模块(220)，其特征在于至少一个放电电路(300、301、302)，所述放电电路用于为由所述蓄电池模块(220)所包括的蓄电池单元(140)完全放电，其中，所述放电电路(300、301、302)包括控制信号输入端、开关(320)和电阻(310)并且被设置为在所述蓄电池模块(220)被分离后将所述开关(320)响应于在所述控制信号输入端处的控制信号闭合，以便电连接所述蓄电池模块(220)的端子，其中，所述电阻(310)被设置为能够将所述蓄电池单元(140)从完全充电状态开始在预先给定的时间内放电。
2.根据权利要求1所述的蓄电池模块(220)，其中，所述开关(320)是电子机械开关或者半导体开关。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电池模块(220)，其中，所述蓄电池模块(220)的所述蓄电池单元被编组在蓄电池单元组(141、142)之中，其中，每个蓄电池单元组(141、142)包括放电电路(301、302)。
4.根据权利要求3所述的蓄电池模块(220)，其中，位于所述蓄电池单元组(141、142)中的两个蓄电池单元组之间的电连接包括可取出的服务断开插头(160)，其中，在取出服务断开插头(160)时将中断至少一个电连接。
5.根据权利要求1或2所述的蓄电池模块(220)，其中，所述蓄电池模块(220)包括电子装置，所述电子装置用于通过经由欧姆式电阻的并联电路来为所述蓄电池单元放电来平衡所述蓄电池单元(140)的充电状态，并且其中，所述电子装置响应于所述控制信号也经由所述并联电路为所述蓄电池单元(140)放电。
6.一种用于蓄电池系统的蓄电池管理系统，其中，所述蓄电池系统包括至少一个根据权利要求1至5中任一项所述的蓄电池模块(220)，其特征在于，所述蓄电池管理系统包括控制信号输出端并且被构造为在所述信号输出端处提供控制信号，其中，所提供的控制信号适于实现所述放电电路的所述开关(320)的闭合。
7.根据权利要求6所述的蓄电池管理系统，其中，所述蓄电池模块(220)包括电子装置，所述电子装置用于通过经由欧姆式电阻的并联电路来为所述蓄电池单元(140)放电来平衡所述蓄电池单元(140)的充电状态，并且其中，所述控制信号还适于实现经由所述并联电路的放电。
8.一种用于以电能为适于产生扭矩的机器的驱动装置供电的系统，其特征在于依据权利要求1至5中任一项所述的蓄电池模块(220)和依据权利要求6和7中任一项所述的蓄电池管理系统。
9.一种机动车，其具有适于产生扭矩的机器(200)、逆变器(210)和依据权利要求8所述的用于以电能为适于产生扭矩的机器的驱动装置供电的系统。
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