CN104025369A - 蓄电池系统和机动车 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种具有蓄电池(14)的蓄电池系统，所述蓄电池(14)包括多个串联连接的蓄电池单元(10)。所述蓄电池系统还包括至少一个保护装置(18)，该保护装置这样地串联连接到所述蓄电池单元(10)，使得在该至少一个保护装置(18)被触发之后，仍然串联连接的蓄电池单元(10)的电压的总和不超过限制电压。该蓄电池系统还包括与两个蓄电池极(24)电连接的开关装置(20)，该开关装置(20)被设置用于在识别到干扰信号时使蓄电池(14)短路，从而激活至少一个保护装置(18)。此外，本发明还提出了一种具有依据本发明所述的蓄电池系统的机动车。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓄电池系统，其包括具有多个串联连接的蓄电池单元的蓄电池。本发明还涉及一种机动车，其包括该蓄电池系统。
背景技术
在至少部分由电驱动的车辆中使用电的能量储存装置以为电机储存电的能量，该电机支持驱动或者用于驱动。在最新一代的车辆中，所谓的锂离子蓄电池有了用处。锂离子蓄电池通过高的能量密度和极低的自放电从其它蓄电池中脱颖而出。锂离子蓄电池单元具有至少一个正电极的和至少一个负电极(阴极或阳极)，锂离子(Li+)能够可逆地入库(嵌入)或者重新出库(脱嵌)。
图1示出了单个蓄电池单元10如何能够组合成蓄电池模块12以及接着组合成蓄电池14。这是通过未示出的蓄电池单元10的端子的并联连接或串联连接实现的。这里蓄电池模块12或者蓄电池14根据定义由至少两个蓄电池单元10组成，其中，蓄电池14和蓄电池模块12的概念通常可以互换地使用。蓄电池14的电压总计例如120至600伏直流。
各种不同的因素能够影响锂离子蓄电池的使用寿命或者安全性。这些因素包括电的影响，诸如过高的电流或电压、温度影响以及机械的影响。外壳由结实的铝板或钢板组成的蓄电池本身是尺寸稳定的，承受轻微的冲击时是无机械的变形的。在蓄电池驱动的车辆发生事故时，却能够导致蓄电池的外壳并由此能够导致蓄电池单元的外壳的持久的和显著的变形。在这种情况下存在的危险在于，例如车体的部分与蓄电池极相接触从而产生对于乘员和救援人员的危险。
DE 10 2009 050 996 A 1公开了一种装置和方法，该装置和方法用于切断能量储存装置(例如蓄电池)内的至少两个能量源(例如蓄电池单元)之间的连接导线。通过驱动炸药实现引线的切断，例如在评估到碰撞信号之后点火。通过切断蓄电池内的导线切断内部的电流流动，从而使蓄电池不再能够从外部短路。
US 5760488A从事于提供一种涉及具有燃料电池供电的或者蓄电池供电的能量供给网络的车辆。该车辆被构造用于以绝缘监控的方式避免高的接触电压。
发明内容
依据本发明提供了一种具有蓄电池的蓄电池系统，所述蓄电池包括多个串联连接的蓄电池单元。此外，所述蓄电池包括这样地串联连接到所述蓄电池单元的至少一个保护装置，使得在所述至少一个保护装置被激活之后，仍然串联连接的所述蓄电池单元的电压的总和不超过限制电压。所述蓄电池系统还包括与两个蓄电池极电连接的开关装置，所述开关装置被设置用于在识别到故障信号时使所述蓄电池短路，从而激活所述至少一个保护装置。
本发明基于这样的知识，通过激活一个或多个与所述蓄电池单元串联连接的保护装置，通过所述蓄电池的针对性的短路至少部分地断开所述蓄电池单元的串联连接。多个串联连接的所述保护装置的激活由此实现，所述保护装置仅具有非常小的制造公差并且从而几乎在同一时间被激活。这使得安全地激活所有的串联连接的保护装置成为可能。为了实现这一点，所述开关装置在无故障的运行中是断开的，并且被设置用于在存在干扰信号时闭合并且短路所述蓄电池。然而，应当注意通过所述开关装置的闭合能够产生蓄电池单元的新的通过所述开关装置的串联连接。从而与正的和负的蓄电池极相连接的所述蓄电池单元的电压又被加起来了。如果所述电压高于最大的允许的电压，那么例如所述开关装置能够在所述保护装置被激活后又断开，或者在所述开关装置和最靠近的蓄电池单元之间能够安置另外的保护装置。
依据本发明所述的蓄电池具有以下优点，在识别到相关的故障时，所述蓄电池内的最大的存在的电压被容许值限制。为了在可能的通过人体电流方面最小化对于乘员或救援人员的危害，这在例如事故中由于机械变形引起绝缘损坏时是有意义的。
优选地，在断路器激活之后，出现在蓄电池内的最大的电压小于60伏直流电压。在接触电压低于60伏直流电压时，能够尽量地排除流遍人体电流的致命的伤害。在更低的限制电压的情况下能够由于只有少量的剩余的电压而不进行接触保护，例如在事故中受损的保护盖不再是安全风险。并且在随后的修复中，触电的风险也降低了。
能够组合多个蓄电池单元以形成蓄电池模块，所述蓄电池模块又串联连接以增加电压。蓄电池模块还能够例如具有允许的接触电压，但是，两个串联连接的蓄电池模块已经超出所述允许的接触电压。因此能够通过将每个保护装置的串联电路连接到每个蓄电池模块或每个串联连接的蓄电池模块对之间，而实现对于所述蓄电池的简单保护。
根据本发明的优选的设计方案，所述至少一个保护装置是熔断器，这是一种尤其经济的替换方案。
进一步优选地，所述至少一个保护装置是半导体断路器，从而能够同时在更小的空间需求下实现短的响应时间。
进一步优选地，所述至少一个保护装置是可复位的断路器。所述可复位的断路器能够是手动可复位的或自复位的断路器，其中，能够使用例如正温度系数导体元件作为自复位的断路器。
为了例如能够实现更高的开关容量，优选地，所述开关装置是继电器或更加优选的是接触器。
在优选的设计方案中，所述蓄电池包括碰撞传感器，所述碰撞传感器与所述开关装置相连接以直接或间接地传送干扰信号。此外，这种碰撞传感器也用于激活安全气囊。例如，从确定的事故严重度开始，在所述事故严重度的情况下预期车体有强烈的变形，则短路所述蓄电池并且激活所述至少一个保护装置。
检测到与事故无关的故障情况的可能性存在于包括绝缘监控器的所述蓄电池的优选的应用中。所述绝缘监控器与所述开关装置相连接以直接或间接地传送干扰信号。从而所述至少一个保护装置在检测到实际的绝缘故障之后才被激活。可选地，所述保护装置能够在双重的绝缘故障发生后，即在有两个位置具有不良的绝缘时，以及在来自绝缘监控器的干扰信号和来自碰撞传感器的的干扰信号结合时才中断所述串联电路。
进一步优选地，所述至少一个保护装置是固定地连接到所述蓄电池单元的电路的组成部分。进一步优选地，所述电路能够被安置在所述蓄电池单元内。从而所述保护装置通过所述蓄电池单元的壳体额外地免受外部环境影响。
优选地，所述蓄电池是锂离子蓄电池。通过使用锂离子技术能够获得尤其是高的能量存储密度，这尤其在电动车的领域导致进一步的优势。
此外，提供了包括依据本发明所述的蓄电池的机动车。所述蓄电池通常被设置用于向车辆的电的驱动系统供电。
所述机动车进一步优选地包括碰撞传感器，所述碰撞传感器与所述开关装置相连接以直接或间接地传送干扰信号。通过本设计方案，本来就存在在车辆中的碰撞传感器能够用于生成所述干扰信号。
在从属权利要求中给出了并且能够从说明书提取本发明的有利的扩展。
附图说明
将依据附图及后续的说明进一步阐述本发明的实施例，其中：
图1示出了蓄电池单元、模块和蓄电池；
图2示出了依据本发明所述的蓄电池；
图3示出了具有绝缘监控器的依据本发明所述的蓄电池；以及
图4示出了包括蓄电池模块的依据本发明所述的蓄电池。
具体实施方式
为了解释该技术的背景，已经研究了图1。
图2示出了依据本发明的蓄电池系统的电路图，其中，在最简单的情况下，蓄电池14只包括两个串联连接的蓄电池单元10。通过保护装置18，例如继电器实现两个蓄电池单元10的串联连接，并且两个蓄电池极24与开关装置20彼此电连接。开关装置20能够是例如蓄电池14的一部分并且嵌入到蓄电池中。
在无故障的运行器件开关装置20是断开的，连接在蓄电池极24上的未示出的用电器，例如电动机动车的驱动电机由蓄电池14提供电力。如果在发生事故时检测到干扰信号，则开关装置20闭合，并且因此将蓄电池14短路。在高的短路电流出现时，保护装置18被激活，并且因此中断了两个蓄电池单元10的串联连接。但是，随着开关装置20的闭合，这两个蓄电池单元10通过开关装置20形成新的串联连接。于是两个蓄电池单元10的电压的总和不在蓄电池极24之间，而是在蓄电池14内被激活的保护装置18的两端之间。在蓄电池壳体16的可能的绝缘故障的情况下，能够导致新的危险情况。为了通过开关装置20断开串联电路，开关装置20能够例如在保护装置18被激活后再次断开。另一种可能性是在蓄电池极24的一端和与之直接连接的蓄电池单元10之间安置另外的保护元件。通过蓄电池单元10的电的分组，其电压不再通过串联连接而累加，从而去掉了可能存在的危险源。
图3示出了本发明的一个优选的设计方案，根据该优选的设计方案，每个蓄电池单元10被分配了保护装置18。每个保护装置18能够是例如固定地连接到蓄电池单元10的电路的组成部分。此外，蓄电池14还包括绝缘监控器22，该绝缘监控器被设置用于检测蓄电池壳体16与蓄电池14的带电部分的接触。如果绝缘监控器22已经检测到蓄电池壳体16的绝缘故障，则常开的开关装置20闭合并且因此将蓄电池14短路。当闭合开关20时，所有的保护装置18几乎同时被激活。这是可能的，因为保护装置18具有非常严格的公差，从而它们在几乎一样的时间点处被激活。在保护装置18被激活之后，蓄电池14内出现的最大的电压对应于单个蓄电池单元10的电压。
当单个蓄电池单元10只有小的电压时，这通常是更经济的，不为每个蓄电池单元10都分配保护装置，而是只在确定数量的串联连接的蓄电池单元10后安置保护装置18。直到串联连接保护装置18的串联连接的蓄电池单元10的数量取决于单个蓄电池单元10的电压和在故障情况下的最大的允许的限制电压。
在蓄电池单元10仅为低电压时，不给每个蓄电池单元10分配保护装置18，而是根据规定数量在串联连接的蓄电池单元10中分配保护装置18，因此通常是节省的。直到保护装置18被串联连接，串联连接的蓄电池单元10的数量取决于单个蓄电池单元10的电压以及在故障情况下的最大极限电压。
例如，如图4所示，每三个蓄电池单元10能够串联连接在一起以形成蓄电池模块12。如图所示开关装置20能够被安置在蓄电池14的外部，并且通过蓄电池14的接线夹连接到蓄电池极24。在蓄电池单元10的单个电压为9伏时，则蓄电池模块12的电压为27伏。如果存在限制电压低于60伏的规定，则在保护装置18被激活之后，允许最多两个蓄电池模块12保持串联连接，由此串联连接的蓄电池模块12的电压的总和小于60伏。与此相应地在每两个蓄电池模块12后安置保护装置18。在闭合开关装置20时和在保护装置18被激活后，剩余的的蓄电池模块12的串联电路的电压分别为54伏。
Claims (10)
1.一种具有蓄电池(14)的蓄电池系统，所述蓄电池包括多个串联连接的蓄电池单元(10)和如此地串联连接到所述蓄电池单元(10)的至少一个保护装置(18)，使得在所述至少一个保护装置(18)被激活之后，仍然串联连接的蓄电池单元(10)的电压的总和不超过限制电压，并且所述蓄电池系统还包括与两个蓄电池极(24)电连接的开关装置(20)，所述开关装置被构造用于在识别到干扰信号时使所述蓄电池(14)短路，从而激活所述至少一个保护装置(18)。
2.根据权利要求1所述的蓄电池系统，其中，所述至少一个保护装置(18)是固定地连接到所述蓄电池单元(10)的电路的组成部分。
3.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其中，所述至少一个保护装置(18)是熔断器、半导体断路器或者可复位的断路器。
4.根据权利要求3所述的蓄电池系统，其中，所述可复位的断路器是自复位的断路器，尤其是正温度系数导体元件。
5.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其中，所述开关装置(20)是继电器或者接触器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其中，所述限制电压为低于60伏的直流电压。
7.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其中，所述蓄电池(14)包括绝缘监控器(22)，所述绝缘监控器与所述开关装置(20)相连接以直接或间接地传送干扰信号。
8.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其中，所述蓄电池(14)包括碰撞传感器，所述碰撞传感器与所述开关装置(20)相连接以直接或间接地传送干扰信号。
9.一种机动车，其包括根据权利要求1至8中任一项所述的蓄电池系统。
10.根据权利要求9所述的机动车，其中，所述机动车包括碰撞传感器，所述碰撞传感器与所述开关装置(20)相连接以直接或间接地传送干扰信号。
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