CN104052102B - 蓄电池模块以及用于监控蓄电池模块的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓄电池模块（221），其具有带有多个蓄电池单池（21）的蓄电池单池电路（226）和用于监控该蓄电池模块（221）的功能状态的监控和控制单元（230），其中，该蓄电池模块（221）包括具有在半桥装置中连接的功率半导体（241、242）的耦合单元和与蓄电池单池电路（226）耦合的用于蓄电池模块（221）的快速放电的放电电路（270），该功率半导体（241、242）用于在蓄电池模块（221）的输出端子（224、225）上耦合蓄电池单池电路（226），其中，该耦合单元和该放电电路由该监控和控制单元（230）是可控制的。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓄电池模块，该蓄电池模块具有带有多个蓄电池单池的蓄电池单池电路和用于监控蓄电池模块的功能状态的监控和控制单元。本发明还涉及一种用于借助于在蓄电池模块中安置的监控和控制单池监控蓄电池模块的方法。此外，本发明还涉及一种蓄电池系统，该蓄电池系统包括蓄电池和蓄电池管理系统，该蓄电池具有至少一个蓄电池组，在该蓄电池组中安置多个蓄电池模块。
背景技术
通常，将应用在混合动力和电动车辆中的蓄电池通常称为牵引用蓄电池，因为这些蓄电池用于电气驱动装置的供电。为了实现在混合动力和电动车辆中需要的功率数和能量数，将各个蓄电池单池串联并且部分附加地并联连接。在电动车辆中经常串联连接10个或更多单池并且这些蓄电池具有直至450V的电压。而且在混合动力车辆中通常超过60V的电压阈值，该电压在通过人的接触中被分级为不危急的。在图1中示出了具有一个这样的牵引用蓄电池20的蓄电池系统的原理电路图。蓄电池20包括多个蓄电池单池21。为了简化在图1中的图示仅仅两个蓄电池单池设有附图标记21。混合动力和电动车辆中的牵引用蓄电池通常模块化地构成。在此由至少两个单个的相互串联或并联连接的蓄电池单池21形成蓄电池模块（在图1中未示出）。
蓄电池20由两个蓄电池单池电路22、23构成，它们分别包括多个串联连接的蓄电池单池21。这些蓄电池单池电路22、23或单池模块分别与蓄电池端子24、25和与充电用插头30的连接端连接。
正蓄电池端子24经由分离和充电装置40与蓄电池20可连接，该分离和充电装置40包括分离开关41，该分离开关41与由充电开关42和充电电阻43组成的串联电路并联连接。负蓄电池端子25经由分离装置50与蓄电池20是可连接的，该分离装置50包括另一分离开关51。
此外图2示出了图60，其中非常示意地示出锂离子蓄电池的不同的故障机制61及其后果62。该示出的故障机制61能够导致蓄电池单池的由不允许的温度升高63引起的热击穿64。在出现热击穿64的情况下能够基于气体65的排放——该排放能够例如在打开安全阀的情况下作为提高的蓄电池单池内压的结果出现——导致蓄电池单池的火灾66或者在极端情况下设置导致蓄电池单池21的破裂67。因此必须在蓄电池单池21在牵引用蓄电池中的应用的情况下以最大接近1的概率排除热击穿64的出现。
热击穿64能够在蓄电池单池的过充时作为在紧接着的充电过程期间的蓄电池单池的深度放电的结果或者在存在蓄电池单池的不允许的高充电和放电电流——它们能够例如对于外部短路90而产生——的情况下出现。此外热击穿64能够在存在蓄电池单池内部短路100的情况下出现，该短路能够例如作为在事故101期间的极大的机械力作用的结果或者作为蓄电池单池内部树状晶102的形成的结果产生，该树状晶能够例如在低温下存在过高充电电流的情况下产生。此外热击穿64也能够作为蓄电池单池内部短路的结果出现，该内部短路能够通过在制造时产生的蓄电池单池污染、尤其是通过在蓄电池单池中存在的金属异物颗粒103引起。而且热击穿64能够在存在蓄电池单池的不允许的发热——其例如能够作为车辆火灾的结果产生——的情况下或者在存在蓄电池单池120的过载的情况下出现。
在图3中示出了由现有技术已知的蓄电池系统的原理电路图，该蓄电池系统包括具有多个蓄电池单池21的牵引用蓄电池20以及蓄电池管理系统（BMS）。该蓄电池管理系统的电子装置具有分散架构，其中将由蓄电池单池21的单池监控电子装置（CSC电子装置）构成的监控和控制单元130设计为卫星，其分别设置用于监控一个或者多个蓄电池单池21的功能状态并且经由内部总线系统141与中央蓄电池控制装置（BCU）140通信。
蓄电池管理系统的电子装置、尤其是蓄电池单池21的监控电子装置是需要的，以便保护临界的在图2中示出的状态的蓄电池单池21，这能够导致热击穿。在蓄电池管理系统的电子装置中运行高消耗，以便一方面保护蓄电池单池21免于由于外部原因例如由于在电子驱动装置的逆变器中的短路的过载，另一方面避免由于蓄电池管理系统的电子装置的故障、例如由于蓄电池单池电压通过监控和控制单元130的错误的检测危害蓄电池单池21。
如同在图1中示出的蓄电池系统中那样，在图3中示出的蓄电池系统中牵引用蓄电池经由分离和充电装置40与正蓄电池端子24是可连接的并且经由分离装置50与负蓄电池端子25是可连接的。在此为了表示相同或相似的构件对于在图1和3中示出的蓄电池系统分别使用相同的附图标记。
此外将中央的蓄电池控制装置140设计为控制分离和充电装置40的分离开关（继电器）41和充电开关（继电器）42。分离开关41和充电开关42借助于蓄电池控制装置140的控制在图中以箭头142表示。而且中央蓄电池控制装置140设计为控制分离装置50的另一分离开关（继电器）51。借助于蓄电池控制装置140分离开关51的控制以箭头143表示。
中央的蓄电池控制装置140经由高伏特导线144、145与各个其他的蓄电池端子24、25连接。此外中央的蓄电池控制装置140包括电流传感器150、160，它们被设置用于测量流经牵引用蓄电池20的电流。蓄电池控制装置140经由CAN总线146也与车辆接口通信。经由CAN总线能够给蓄电池控制装置140提供关于车辆的功能状态的信息。
在应用由现有技术已知的蓄电池系统的蓄电池管理系统11中因此力求如此提高蓄电池系统10的安全，使得不出现不合理的危险。在此根据标准ISO26262对蓄电池管理系统11的功能安全提出了高要求，因为如上已经阐明的电子装置的故障能够导致危险。此外对于锂离子蓄电池单池规定了安全测试。为了允许运输蓄电池单池，必须实施例如UN运输测试。测量结果必须根据EUCAR危险级别或危险等级（EUCAR hazard level）进行评估。蓄电池单池在此必须遵循预定的最小安全等级。为了达到这一点，在设定用于牵引用蓄电池的蓄电池单池中采取多种附加措施。
假如不能够显著提高蓄电池单池21的安全，那么对于用于具有用于电动车和插拔式混合动力（Plug-in混合动力）的牵引用蓄电池20的蓄电池系统11的蓄电池管理系统11预测地建立根据危险等级ASIL C的分级。这样的附加措施由此采取，即将所谓的安全装置集成到蓄电池单池中。因此在蓄电池单池中典型地集成有在下文中说明的安全装置。
在蓄电池单池中集成过充安全装置（OSD）。这样的过充安全装置使得蓄电池单池在过充过程中不超过EUCAR危险等级4。蓄电池单池电压的允许范围在4.2V处结束。在过充过程中蓄电池单池自从一个大约5V的蓄电池单池电压形成如此高的内压，其向外弯曲过充安全装置的膜片并且将该蓄电池单池电地短路。作为其结果如此地将蓄电池单池放电，直至激活蓄电池单池内的安全装置。在蓄电池单池的两个极之间的蓄电池单池的短路通过过充安全装置维持。
此外将蓄电池单池安全装置（Cell Fuse）集成到蓄电池单池中。该在蓄电池单池中集成的熔断式安全装置是在蓄电池单池层面上非常有效的保护仪器，但是当蓄电池单池在蓄电池模块的串联电路中或在蓄电池系统中安装时引起极大的问题。在那里这些措施反而是不利的。
在蓄电池单池中也集成了穿刺安全装置（NDS）。该穿刺安全装置保护蓄电池单池，其方法是在将钉子或尖利物品刺入到蓄电池单池中时产生如此限定的短路路径，其不会导致在定子进入的区域中蓄电池单池的极度局部发热，该发热能够导致存在的分离器的局部熔化。
在蓄电池单池中也集成有功能安全层（SFL）。该功能安全层通过蓄电池单池的两个电极之一的陶瓷涂层、优选通过阳极的陶瓷涂层实现。借助于功能安全层能够在分离器熔化时阻止蓄电池单池的平面短路并继而阻止蓄电池单池的电能极端快速地转化为损耗热量。
在蓄电池单池中此外也集成有碰撞安全装置（Crush Safety Device）。碰撞安全装置具有与穿刺安全装置类似的功能方式。在蓄电池单池壳体的极度机械变形的情况下提供在蓄电池单池中限定的短路路径，该短路路径阻止蓄电池单池的极度的局部的发热并且由此提高蓄电池单池的安全。
在当前处于研发中的蓄电池单池中，尤其地用于电气安全的措施涉及极大的成本，这些措施例如保护免于过充或者确保过滤保护。这些措施再者在蓄电池单池安装到蓄电池模块或蓄电池系统中之后甚至反而是不利的而不是有意义的。例如能够在蓄电池单池的熔断式安全装置的激活时产生这样的情况，即存在的蓄电池管理系统（BMS）的电子装置经受非常高的负电压。由此在蓄电池系统层面上产生附加的成本，因为必须满足针对蓄电池单池层的运输规程，而不会由此涉及其他的利用。
发明内容
根据本发明提供一种蓄电池模块，具有由多个蓄电池单池组成的蓄电池单池电路和用于监控所述蓄电池模块的功能状态的监控和控制单元。在此，该蓄电池模块具有耦合单元，该耦合单元具有连接于半桥结构中的功率半导体，该功率半导体用于耦合蓄电池单池电路和蓄电池模块的输出端子。此外蓄电池模块具有与蓄电池单池电路耦合的用于对蓄电池模块进行快速放电的放电电路。该耦合单元和放电电路通过监控和控制单元是可控制的。
根据本发明还提出一种用于借助于在蓄电池模块中设置的监控和控制单池监控蓄电池模块的方法。该蓄电池模块借助于耦合单元来运行，该耦合单元包括连接于半桥结构中的功率半导体，该功率半导体用于将蓄电池模块的蓄电池单池电路耦合到蓄电池模块的输出端子子。在监控蓄电池模块时如果通过监控和控制单元确定蓄电池模块的故障情形和危险情形，那么借助于耦合单元和/或与蓄电池模块的蓄电池单池电路耦合的并且安置于蓄电池模块中的放电电路将蓄电池模块切换到安全状态，该放电电路设置用于对蓄电池模块快速放电。
此外还提供一种蓄电池系统，该蓄电池系统具有带有至少一个蓄电池组的蓄电池，在该蓄电池组中安置有多个根据本发明的蓄电池模块。其中蓄电池系统包括蓄电池管理系统，该蓄电池管理系统被构造用于与蓄电池模块的监控和控制单元通信。
下文中示出了本发明优选的改进。
本发明的优点是，提供了一种本质安全蓄电池模块，其中该蓄电池模块能够基于可控制的耦合电路不仅仅特别经济地运行而且能够通过耦合电路的相应的控制阻止蓄电池模块的有威胁的损坏。此外提供了附加的安全功能，其方法是通过用于蓄电池模块的快速放电的集成的放电电路实现一种内部机制，通过该内部机制不依赖于在外部触点例如在蓄电池单池单元的输出端子上的形成的放电或充电电流取而代之地在内部能够实施快速的或超快速的放电，特别是在危险或紧急情况下。
根据本发明特别的实施形式该耦合单元能够具有两个半桥，这两个半桥包括分别与蓄电池单池电路的正极耦合的第一功率半导体、与蓄电池电路的负极耦合的第二功率半导体以及中间连接端并且通过相应的中间连接端与蓄电池模块的分别另一输出端子连接。
在此蓄电池模块优选地被设置用于，在正常工作时借助于监控和控制单元如此运行耦合单元，使得可选择地在蓄电池单池单元的输出端子子上以正或负方向的施加蓄电池模块电压，或者不施加蓄电池单池电压。
由此清楚地说蓄电池模块能够借助可换极的输出电压实现。更精确地说，蓄电池模块能够关于在其输出端子提供的输出电压被换极，从而蓄电池模块能够沿正或负方向输出蓄电池模块电压。
根据本发明所述的蓄电池模块的功能，即换极蓄电池模块电压，根据本发明所述的蓄电池模块尤其适合于应用在三相蓄电池系统或者普通的多相蓄电池系统中，该三相蓄电池系统具有逐级可调节的输出电压，将这些三相蓄电池系统称作蓄电池直流逆变器，该多相蓄电池系统具有逐级可调节的输出电压。
在本发明的一种优选实施形式中，本发明所述的监控和控制单元还被构造为，在存在其值超过第一电压阈值的蓄电池单池电压和/或蓄电池模块电压，和/或存在其值低于第二电压阈值的蓄电池单池电压和/或蓄电池模块电压时，使得耦合单元的功率半导体处于一种开关状态，在该开关状态下没有电流流经蓄电池模块。
这能够由此实现，即借助于半桥使得蓄电池模块处于安全状态，其方法是接通半桥的第一功率半导体，从而蓄电池模块的第一输出端子和第二输出端子导电地连接，并且关断相同半桥的第二功率半导体。此外，在应用由两个半桥，尤其是一个全桥构建的耦合单元时，能够分别接通两个与第一输出端子连接的功率半导体或两个与第二输出端子连接的功率半导体。
这具有的优点在于，监控和控制单元根据蓄电池单池电压或蓄电池模块电压超过第一阈值识别工作于正常工作状态的蓄电池模块的有威胁的过充，并且然后蓄电池模块有利地不再充电，并且因此例如在蓄电池充电装置障碍的情况下安全地防止过充。
此外监控和控制单元还根据蓄电池单池电压和/或蓄电池模块电压超过第二阈值识别基于在正常运行下工作的蓄电池模块的有威胁的深度充电，其中将蓄电池模块转变为安全状态，在该状态下不再有电流流经蓄电池模块中。可能由包括本发明所述的蓄电池模块的整个蓄电池系统向外输出的电流仅仅流经蓄电池模块中已有的功率半导体或者半导体开关。
在本发明另一优选的实施形式中，将根据本发明的监控和控制单元也设置为，在存在其值超过预定的或适合地选择的充电电流阈值的充电电流时，和/或存在其值超过预定的或适合地选择的充电电流阈值的（形成的外部的）放电电流时，使得该耦合单元的功率半导体处于一种开关状态，在该开关状态下没有电流流经蓄电池模块。
因此基于在正常运行中工作的蓄电池模块，监控和控制单元能够识别由于过高的放电电流的有威胁的过载，该过高的放电电流例如能够作为由于在逆变器中的故障蓄电池的外部短路的结果出现。对此蓄电池模块转变为安全状态，在该状态下没有电流流经蓄电池模块。因此保护蓄电池模块免于具有不被允许的高的放电电流的负载。
此外监控和控制单元基于在正常运行中工作的蓄电池模块识别到由于过高的充电电流的有威胁的过载，其中随后将蓄电池模块转变为安全状态，在该状态下不再有电流流经蓄电池模块。因此保护蓄电池模块免于具有不允许高的充电电流的负载。这例如在存在非常低的温度的情况下是尤其有利的，其中蓄电池模块的蓄电池单池电路的蓄电池单池关于在阳极上可构成的锂涂层是尤其敏感的。
换言之，能够在一种情况下——其中根据本发明的本质安全的蓄电池模块的监控和控制单元的电子装置通过蓄电池管理系统例如被告知关于此的相应的信息，即关于其中安装有根据本发明的蓄电池系统的车辆具有事故的信息——经由一个或者必要时两个半桥，即并联的两个半桥将蓄电池模块放电。在蓄电池模块经由半桥中之一放电期间，蓄电池模块在其输出端子上不输出电压并且即便如此有利地缓慢地放电。尤其是作为可控的电阻运行的功率半导体在此根据要求被设置包括其热连接和冷却。
此外根据本发明的另一非常有利的实施形式，监控和控制单元被构造为，根据分析被测的单池温度和/或蓄电池模块温度和/或根据分析蓄电池单池电压或者蓄电池模块电压来识别危险状况的存在。在分析单元温度和/或蓄电池模块电压时，尤其在单池温度或蓄电池模块温度超过预定的温度阈值和/或蓄电池模块电压发生电压骤降的情况下识别危险状况。也能够根据尤其是通过蓄电池管理系统通信的信息识别危险情形。
此外，根据本发明的有一个利的改进，监控和控制单元还设置为，在蓄电池模块的放电存在危险状况时借助至少于两个半桥中至少之一如此控制耦合单元的功率半导体，使得接通半桥的第一或第二功率半导体，而相同半桥的第二或第一功率半导体在所谓的激活运行中作为可控制的电阻工作，并且优选地关断另一半桥的第一或第二功率半导体；或者接通两个半桥的第一或第二功率半导体并且两个半桥的第二或第一功率半导体在激活运行中工作。
根据本发明的一个优选实施形式，如果识别到危险情形，那么激活用于蓄电池模块的快速放电的放电电路。因此，如果由蓄电池管理系统告知根据本发明的本质安全的蓄电池单池单元的监控和控制单元的电子装置设有根据本发明的蓄电池系统的车辆具有事故，那么能够通过放电电路——其在下文中也称为超快速放电电路（Ultra FastDischarge Device：UFDD）——尽可能快地将蓄电池单池放电。由此可达到的放电电流尤其不被热功率损耗所限制，该热功率损耗例如在作为可控制的电阻运行的功率半导体中产生或者功率半导体能够在持续运行中被强加。然而，为了支持放电电路，能够在危险情形下同时将蓄电池模块经由耦合单元放电，其中在半桥之一中接通功率半导体而另一功率半导体在激活的运行中作为可控制的电阻运行。
所述放电电路能够包括串联电路，所述串联电路具有电阻和功率半导体。在此放电电路能够包括尤其是晶闸管。
此外该放电电路能够包括具有再生开关和再生电阻的再生电路。
根据本发明的一个方面根据本发明危险情形的识别有利地特别是也可靠地识别测试过程——在该测试过程期间测试蓄电池模块——的实施或者其他对于蓄电池模块类似的情况。
如果本发明所述的蓄电池模块例如在UN运输测试的范围进行穿刺测试（NailPenetration Test）或碰撞测试（Crush Test），根据本发明的的监控和控制单元的电子装置通过分析蓄电池单池电压和/或蓄电池模块电压识别到通过电流将蓄电池模块放电，而不会运行该蓄电池模块。该过程的识别能够例如通过蓄电池模块的电压骤降实现。作为其结果立刻触发经由根据本发明的放电电路对该蓄电池模块的放电，并且随后基本上经由放电电路对该蓄电池模块放电。可选择地也能够在此如已经阐明的那样通过两个半桥实现蓄电池模块的放电的支持。
如果蓄电池模块遭受强烈地发热，那么能够通过根据本发明的监控和控制单元的电子装置识别这一点。作为其结果立刻触发例如经由根据本发明的放电电路对该蓄电池模块的放电，并且经由放电电路及时将蓄电池模块放电。
根据本发明的电的本质安全的蓄电池模块接合安置于蓄电池模块中的耦合单元和监控和控制单元如此安全地实施，使得对比于传统的蓄电池管理系统，能够对根据本发明的蓄电池系统提出更小的要求。除此之外能够不用考虑当今实施的非目的明显的措施，例如给蓄电池模块配备集成的过充安全装置和/或集成的蓄电池单池安全装置。
总而言之，根据本发明的电的本质安全的蓄电池模块能够接合耦合单元、放电电路（超快速放电电路）以及监控和控制单元如此安全地实施，使得对比于现有技术能够对蓄电池管理系统提出更小的要求。
而且在蓄电池模块中实施的用于提高安全性的措施在存在强机械力作用的情况下、如给申请者的在蓄电池模块设有集成的穿刺安全装置和/或设有集成的碰撞安全装置的情况下能够不用考虑或者至少非常简单地实现，因为在根据本发明的蓄电池模块侧的要求更小。在此实现了，强烈的机械力作用——如其例如在UN运输测试时仿真的那样——在此能够无危险地作用于蓄电池单池电路中安置的蓄电池单池。这尤其还涉及借助于穿刺测试以尖刺的物体对蓄电池单池或蓄电池模块的穿刺和/或借助于碰撞关于所有三个空间轴的蓄电池单池或蓄电池模块的强烈变形，蓄电池模块能够借助于根据本发明的监控和控制单元自动免于不允许的运行状态，在此不应该分配到蓄电池管理系统的电子装置的安全功能上。
因此由本发明所述的自我电保护蓄电池模块提供了基本模块，尤其是在电动车辆和混合动力车辆中，由基本模块能够构建安全的蓄电池系统，其安全性比由现有技术已知的蓄电池系统的安全性高得多。
附图说明
下面参照所附附图详细地描述本发明的实施例。其中：
图1示出了由现有技术已知的具有牵引用蓄电池的原理电路图；
图2示出了一个示意图，其示出了一个由现有技术已知的锂离子蓄电池的故障机制，该故障机制能够导致该锂离子蓄电池的热击穿；
图3示出了由现有技术已知的蓄电池系统的原理电路图，该蓄电池系统包括由多个蓄电池单池构成的牵引用蓄电池和蓄电池管理系统；
图4示出了根据本发明的第一实施形式的蓄电池模块的原理电路图；
图5示出了根据本发明的第一实施形式的蓄电池模块的原理电路图，连同根据本发明的超快速的放电电路的细节视图；
图6示出了根据本发明的超快速的放电电路的示例性的备选的实施形式；
图7示出了根据本发明的超快速的放电电路的另一个替代的实施形式；
图8示出了根据本发明的第二实施形式的蓄电池模块的原理电路图；
图9示出了根据本发明的第三实施形式的蓄电池模块的原理电路图，连同单池监控制电子装置的替代的拓扑结构；
图10示出了根据本发明的另一实施形式的蓄电池模块的原理电路图，连同单池监控电子装置的另一替代的拓扑结构；
图11示出了根据本发明的另一实施形式的蓄电池模块的原理电路图，连同单池监控电子装置的另一替代的拓扑结构；
图12示出了根据本发明的另一实施形式的蓄电池模块的原理电路图，连同单池监控电子装置的另一替代的拓扑结构；
图13示出了根据本发明的另一实施形式的蓄电池模块的原理电路图，连同单池监控电子装置的另一替代的拓扑结构；
图14示出了根据本发明的另一实施形式的蓄电池模块的原理电路图，连同单池监控电子装置的另一替代的拓扑结构；
图15一个方框电路图，其示出了蓄电池的结构，该蓄电池的蓄电池单池以根据本发明的蓄电池单池单元的形式设置；以及
图16示出了具有三个蓄电池组的蓄电池直流逆变器的原理电路图，其中多个根据本发明的蓄电池模块分别串联连接。
具体实施方式
在以下详细的描述中相同的附图标记用于相同或相似的元件。
图4中示出了根据本发明的第一实施形式的蓄电池模块221的原理电路图。根据本发明的第一实施形式，蓄电池模块221包括带有多个蓄电池单池21的蓄电池单池电路226。蓄电池单池电路226在此为串联电路，在本发明的其他实施形式中也能够具有并联电路或者并联电路和串联电路的结合。该蓄电池单池与单池监控电子装置（CSC）28连接，该单池监控电子装置设置用于监控每个蓄电池单池21。根据这里示出的实施形式通过中央的单池监控电子装置实施单池监控电子装置228，其与所有蓄电池单池21连接并且此外尤其能够控制单元平衡。以及
此外蓄电池模块221具有耦合单元，该耦合单元由带有第一和第二功率半导体241、242的半桥240构造。功率半导体241、242分别并联连接二极管260，该二极管的导通方向与相应的功率半导体241、242的导通方向相反。
半桥240在一个配属给第一功率半导体（图4的半桥的第一功率半导体开关）的第一连接端上与蓄电池单池电路226的正极222连接并且在一个配属给第二功率半导体242（图4的半桥的第二功率半导体电路）的第二连接端上与蓄电池单池电路226的负极223连接。此外半桥240在中间连接端上与蓄电池模块221的第一输出端子224连接。
此外根据本发明的蓄电池模块221包括并联连接于蓄电池单池电路226的监控和控制单元230，该监控和控制单元230用于监控蓄电池单池21或者蓄电池模块221的功能状态。根据本发明该监控和控制单元230设置具有用于功率半导体241、242的集成控制。
图4中还示出了一种用于蓄电池系统的蓄电池管理系统211，该蓄电池系统带有多个本发明所述的蓄电池模块221。该蓄电池管理系统211构造为，与监控和控制单元230通信或者交换信息。蓄电池管理系统211和监控和控制单元20之间的信息交换通过双箭头215表示。
此外监控和控制单元230与单池监控电子装置228通信，该单池监控电子装置228构造为全体蓄电池单池228的中央单池监控电子装置229。通信235能够例如通过总线实现，尤其是通过有线总线，例如CAN总线或者FlexRay实现。但是本发明不限于有线连接的总线。因此当下文中谈及（有线连接）总线时，通信能够在多种情况下还通过无线连接，例如蓝牙来实现。因此监控电子装置230通过中央单池监控电子装置229发送特别是电压和/或电流测量值，该电压和/或电流测量值由用于安全单池监控的监控和控制单元230处理，如下文所述。
如果监控和控制单元230基于蓄电池模块221的正常运行根据蓄电池单池电压和/或蓄电池模块电压超过第一阈值识别蓄电池模块221的有威胁的过充，那么切断半桥240的第一功率半导体241并且接通第二功率半导体242。因为蓄电池模块电压处于Umin_modul和Umax_modul的范围内，所以也在面临过充，如在蓄电池或蓄电池模块221充电发生故障时，切断第一功率半导体241的二极管260。从而安全地避免了蓄电池模块221进一步充电。
如果监控和控制单元230基于蓄电池模块221的正常运行根据蓄电池单池电压和/或蓄电池模块电压低于第二阈值识别蓄电池模块221的有威胁的深度放电，那么切断半桥240的第一功率半导体241并且接通第二功率半导体242。之后不再有电流流经蓄电池模块221。可能由包括本发明所述的蓄电池模块221的整个蓄电池系统向外输出的电流在本发明所述的蓄电池模块221中仅仅流经蓄电池模块221的耦合单元的功率半导体（半导体开关）241。
如果监控和控制单元230基于蓄电池模块221的正常运行通过过高的放电电流识别蓄电池模块221的有威胁的过载，该过高的放电电流例如能够由于逆变器故障造成的蓄电池外部短路而产生，那么切断半桥240的第一功率半导体241并且接通第二功率半导体242。然后不再有电流流经蓄电池模块221。这样蓄电池模块221被防止加载不允许的高放电电流。
如果监控和控制单元230基于蓄电池模块221的正常运行通过过高的充电电流识别蓄电池模块221的有威胁的过载，该过高的充电电流例如在很低的温度时，蓄电池单池电路226的蓄电池单池21对可以尤其构造在阳极上的锂涂层上特别敏感，那么通过监控和控制单元230切断半桥240的第一功率半导体241并且接通第二功率半导体242。然后不再有电流流经蓄电池模块221。这样蓄电池模块221被防止加载不允许的高充电电流。
如果本发明所述的本质安全蓄电池模块221的监控和控制单元230例如在车辆中被蓄电池管理单元221告知，该车辆发生了交通事故，那么该蓄电池模块221通过半桥240放电。此外第二功率半导体242被接通并且第一功率半导体241在所谓的激活运行下作为可控制的电阻运行。然后蓄电池模块221在其输出端子224、225上不输出电流并且尽管慢但是放电。能够实现的放电电路被热损耗功率限制，其可以在持续工作强加给作为可控电阻工作的功率半导体241。尤其是作为可控电阻工作的功率半导体241在此被设定包括其热连接和冷却在内的相应的需求。
根据本发明的第一实施形式的蓄电池模块221还包括作为超快速放电电路（UltraFast Discharge Device：UFDD）的放电电路270。放电电路270设置在蓄电池模块221中以用于借助于流经放电电路270的放电电流将蓄电池单池21放电。如果依据本发明的本质安全的蓄电池模块221的监控和控制单元230被安置在带有多个这种蓄电池模块221的蓄电池系统中的蓄电池管理系统告知，其中装有本发明所述的蓄电池系统的车辆发生了事故，那么蓄电池模块221通过放电电路270快速放电。为了协助放电电路270，蓄电池模块221可以同时也通过半桥240放电。为了支持放电电路270，通过监控和控制单元230接通半桥240的第二功率半导体242。然后在放电过程中蓄电池模块221在其终端或者输出端子224、225不输出电压。放电电路270可以设计为，蓄电池模块221能够以接近短路的非常高的放电电流放电。因此蓄电池模块221被非常快地带到安全状态。对此可以从车辆级别情况上控制，其中蓄电池模块221在机械上强烈地变形或者通过尖刺的物体刺透。在此能够支持地借助于监控和控制单元230也在激活的运行下作为可控制的电阻运行第一功率半导体241。
在图5中示出了根据本发明第二实施形式的根据本发明的蓄电池模块221。与图1中示出的整个示意图不同，图5中尤其详细地示出了放电电路（UFDD）270且在此包含连接于正极222和负极223之间的串联电路，该串联电路由功率半导体271和电阻272组成。
但是本发明不限于特定的（超快速）放电电路270的实施形式。因此在图6和7中示出了超快速的放电电路（UFDD）270的另一示例性的实施形式。放电电路270为重要的功能单元之一，以便获得本质安全的蓄电池模块221，并且由此应该通过放电快速地使得蓄电池模块221处于安全状态。图6中示出了基于使用（短路）晶闸管273的放电电路270的实现。晶闸管的突出之处在于特别的鲁棒性和电流承载能力并且因此是对于在此的本应用情况适合的半导体元件。可能与晶闸管273的应用相关联的缺点特别是关于接通和关断特性在本应用中不导致承载。如图6中示出的，即将实现的超快速电路270包括欧姆电阻272和短路晶闸管273的串联电路。从而欧姆电阻272可以要么通过导线电阻和短路电路的接触电阻274、275实现，要么通过专用的元件实现。欧姆电阻272连同蓄电池单池的内阻限制在蓄电池单池21的快速放电中的短路电流。
图7中示出了超快速放电电路270的另一实施形式，其基于再生器或者再生电路。该再生器能够基于可接通和可断开的电子半导体阀门276和再生电阻构成，其中半导体阀门276由根据本发明的监控和控制单元230控制。在蓄电池模块221快速放电时，采样电阻272连同蓄电池模块221或者蓄电池单池21的内阻一起限制最大放电电流。对于可接通和可断开的电子半导体阀276以特别的方式适合的是MOSFET，因为该MOSFET基于对截止电压的小的要求能够以非常小的接通电阻实现。由蓄电池单池21的能量消耗能够通过再生电路控制。因此能够例如在放电的开始以持续接通的再生器快速地从蓄电池单池21吸取能量。当再生电阻272和再生开关276发热时随后能够转换为脉冲的运行或块运行。此外在图7中还示出了并联连接的反向二极管277、278。
因此综上所述可以使用根据本发明的超快速放电电路270来实现本质安全蓄电池模块221。此外如上文已经阐明的，通过根据本发明的蓄电池模块221的半桥电路240，能够防止过量充电、深度放电和以太高的充电电流和放电电流经量充电。这里电子安全装置的边界值可以动态调整，例如相关于蓄电池单池21的温度。蓄电池模块221还可以在强大的机械力作用下本质安全，例如在发生事故时。对此在识别危险的状况时蓄电池模块221通过放电电路270尽快放电。与此同时蓄电池模块221在强烈受热时本质安全。对此在识别危险状况时蓄电池模块221通过放电电路270尽快放电。可以这样设计放电电路270，即放电电流不超过适于蓄电池模块221的最大允许的最大短路电流。
在根据当今的现有技术使用集成于蓄电池模块中的安全装置时，合适的短路电流路径取决于具体情况。因此，电池模块的行为不能被准确地预测，并且不能被再现。这个缺点能够通过此处已有的放电电路避免。此处蓄电池模块221的电压可以由半桥240精确地设定。在激活放电电路270时，半桥240的第二功率半导体也自动接通，当通过放电电路270实现快速放电时，本质安全蓄电池模块221在其输出端子224、225上具有0V电压。
图8中示出了根据本发明的另一实施形式的蓄电池模块221的原理电路图。不同于根据图4的实施形式，蓄电池模块221在此包括两个半桥240、250。更具体地说，根据图8蓄电池模块221包括蓄电池单池电路226和耦合单元，该耦合单元由带有第一和第二功率半导体241、242的第一半桥（图9中右侧的半桥）240和带有第一和第二功率半导体251、252的第二半桥（图9中左侧的半桥）250构造。两个半桥240、250一起形成具有四个功率半导体241、242、251、252的全桥。功率半导体241、242、251、252分别并联连接二极管260，其导通方向与相应的功率半导体241、242、251、252的导通方向相反。
第一半桥240在一个配属给第一功率半导体（图9中的右侧半桥的第一功率半导体开关）241的第一连接端上与蓄电池单池电路226的正极222连接，并且在一个配属给第二功率半导体242（图9中的右侧半桥的第二功率半导体开关）的第二连接端上与蓄电池单池电路226的负极223连接。第一半桥240还在中间连接端上与蓄电池模块221的第一输出端子224连接。
第二半桥250在一个配属给第一功率半导体（图9中的左侧半桥的第一功率半导体开关）251的第一连接端上与蓄电池单池电路226的正极222连接，并且在一个配属给第二功率半导体（图9中的左侧半桥的第二功率半导体开关）252的第二连接端上与蓄电池单池电路226的负极223连接。第二半桥250还在中间连接端上与蓄电池模块221的第二输出端子225连接。
根据图8的全桥的安全功能类似于根据图4的半桥。基于全桥装置然而能够借助于按照本发明的监控和控制单元230如此控制功率半导体241、242、251、252，使得如果在正常运行下蓄电池单池21应该沿正方向（+UBatteriezelle）输出蓄电池单池电压到输出端子224、225，那么接通第一半桥240的第一功率半导体241以及第二半桥250的第二功率半导体252并且关断其他两个功率半导体242、251。
此外能够借助于按照本发明的监控和控制单元230如此控制功率半导体241、242、251、252，使得如果在正常运行下蓄电池单池21应该沿负方向（-UBatteriezelle）输出蓄电池单池电压到输出端子224、225，那么接通第一半桥240的第二功率半导体242以及第二半桥250的第一功率半导体251并且关断其他两个功率半导体241、252。
此外还能够借助于按照本发明的监控和控制单元230如此地控制功率半导体241、242、251、252，使得在蓄电池单池21的正常运行下可选择地蓄电池单池21的功能状态也是可调节的，在该功能状态下蓄电池单池21不发出输出电压。在该状态下，或者接通两个半桥240、250的第一功率半导体241、251并且关断其他两个功率半导体242、252，或者接通两个半桥240、250的第二功率半导体242、252并且关断其他两个功率半导体241、252。
如果监控和控制单元230基于蓄电池模块221的正常运行根据超过第一电压阈值或其值低于第二电压阈值的蓄电池单池电压和/或其值超过预定的充电电流阈值的充电电流和/或其值超过预定的放电电流阈值的放电电流识别到蓄电池模块221的有威胁的过充，那么能够使得耦合单元的功率半导体241、242、251、252处于一种开关状态，在该开关状态下没有电流流经蓄电池单池。这能够由此实现，其方法是，或者接通两个半桥240、250的第一功率半导体241、251并且关断其他两个功率半导体242、252，或者替换地接通两个半桥240、250的第二功率半导体242、252并且关断其他两个功率半导体241、242。
类似地能够在本发明的第二实施形式中，如果按照本发明的本质安全的蓄电池模块221的监控和控制单元230在车辆中被蓄电池管理系统211告知，该车辆发生了事故，那么通过两个半桥240、250中之一也或通过两个半桥240、250并行地将蓄电池模块221放电，其中优选地然而为了放电应用超快速放电电路270。
如果蓄电池模块221例如在UN运输测试的范围内进行穿刺测试（NailPenetration Test）或者碰撞测试（Crush Test）或者处于类似的情况中，那么监控和控制单元230通过分析蓄电池单池电压和/或蓄电池模块电压识别蓄电池模块221通过电流放电，而不会运行该蓄电池模块。该过程的识别能够例如通过蓄电池模块221的电压骤降实现。然后监控和控制单元230立刻触发蓄电池模块221通过本发明所述的放电电路270放电，并且蓄电池模块221之后基本上通过放电电路270放电。
如果蓄电池模块221受到强烈发热，那么能够由监控和控制单元230识别这一点。因为蓄电池模块221或蓄电池单池21的发热的时间常数一般非常大，所以能够在蓄电池单池温度和/或蓄电池模块温度超过临界值以前通过根据本发明的放电电路270及时引起蓄电池模块221放电。蓄电池模块221的放电也可以选择通过两个半桥240、250实现。为了支持放电电路270，借助于监控和控制单元230特别是接通两个半桥240、250的两个第二功率半导体242、252。因此蓄电池模块221相比于现有技术安全得多。
在此提出的根据本发明的蓄电池模块221中位于在输出端子224、225上的蓄电池模块电压在激活安全措施时或者在激活超快速放电电路（UFDD）270时保持根据总是小于例如4.2V×n（n=蓄电池模块221的蓄电池单池电路226中的蓄电池单池的数目）的最大允许的蓄电池单池电压的数值。这同样是相对于现有技术的极大的改善，因为否则例如在激活蓄电池内部的熔化安全装置能够出现非常高的负电压，该负电压在电动车辆蓄电池上能够达到-400V，蓄电池管理系统的电子装置会出现大问题。
图9中示出了根据本发明另一实施形式的蓄电池模块221的原理电路图。不同于在图4、5和8中示出的实施形式，这里蓄电池单池21分别装配有自身的单池监控电子装置231。此外，与在另一个或者讨论过的实施形式相似，也存在中央单池监控电子装置229，其中然而单池监控的几个功能不是在中央单池监控电子装置229中而是在各个蓄电池单池21中或在相应的蓄电池单池自身的单池监控电子装置231中构成。为此中央单池监控电子装置229与蓄电池单池中的每个单池监控电子装置231通信。该通信235能够借助于总线实现，不仅中央单池监控电子装置229而且蓄电池单池自身的单池监控电子装置231连接到该总线。反之，与图4、5和8相似，根据本发明所述的监控和控制单元230与中央单池监控电子装置229通信。
图10中示出了根据本发明的另一实施形式的蓄电池模块的原理电路图。不同于图9的实施形式，蓄电池单池自身的单池监控电子装置231在此分别经由一个自身的亦即独立的通信总线与中央单池监控电子装置229连接，该中央单池监控电子装置为此在示出侧具有相应更多数量的接口。
图11示出了根据本发明另一实施形式的蓄电池模块221的原理电路图，其中根据该实施形式在蓄电池单池自身的单池监控电子装置231和中央单池监控电子装置229之间存在通信连接235，从而中央单池监控电子装置229仅仅与唯一的单池监控电子装置231直接通信。蓄电池单池自身的单池监控电子装置231例如通过菊花链相互通信，从而所有相关的蓄电池单池数据首先通过菊花链，然后通过在图中以附图标记235标记的通信连接传输。
本发明不限于这种安置在每个蓄电池单池21内的蓄电池单池自身的单池监控装置231。可以设想替代方案为，对每个蓄电池单池21，在蓄电池单池21外安置相对独立的单池监控电子装置231且与蓄电池单池21连接，其中可选择地中央（主）单池监控电子装置229能够存在。
图12到14示出了本发明的另一实施形式，其中在这些实施形式中监控和控制单元230直接与蓄电池单池自身的单池监控电子装置231连接，而不存在中央单池监控电子装置229。因此一些单池监控任务直接在蓄电池单池21内/上进行，其中获取的单池监控电子装置231的测量结果和输出不能通过监控和控制单元230通信获得。
监控和控制单元230与单池监控电子装置231在此与在实施形式中相似地直接进行通信，结合图9到11在上文中进一步的讨论，不同的是，相应的通信总线与监控和控制单元230连接而不与中央单元监控和控制单元连接。而在图13中在一方面监控和控制单元230与另一方面相应的单池监控电子装置231之间存在多个通信连接或总线。此外图14示出了一个实施例，其中各个单池监控电子装置231相互通信，其中多个单池监控电子装置231之一与监控和控制单元230连接。
如本领域内技术人员所知，中央单池监控电子装置229和蓄电池单池自身的单池监控电子装置231的不同组合能够安置在蓄电池模块221中，蓄电池模块221包含带有本发明所述的放电电路270的监控和控制单元230。这方面的例子尤其在上文中结合图8到14进一步讨论。因此图4和5中示出的蓄电池模块221也不限于那里所提到的示例性的拓扑结构。其实图4到5中所示的蓄电池模块221的拓扑结构也可以构建得类似于图9到14所示的电路拓扑结构。换言之，尽管根据图4和5的监控和控制单元230和单池监控电子装置228、229的组合的连接拓扑结构相当于图8所示的拓扑结构，在其他实施例中，连接拓扑结构也相当于图9到14所示的拓扑结构，其中替代实施形式在这一点上仅仅处于简单不再进一步讨论。
这里提出的本发明所述的蓄电池模块221不限于锂离子蓄电池单池。它其实也能够包含其他的蓄电池单池技术，例如镍-金属氢化物蓄电池单池。
在这里提到的本发明所述的带有可换极的输出电压本质安全蓄电池模块221能够取消目前使用的过量充电安全装置（Overcharge Safty Devices：OSDs）和蓄电池单池安全装置（Cell Fuses）。这些为了提高在机械变形或穿透时的安全性采用的措施、例如给蓄电池单池设置集成的穿刺安全装置能够活着同样不用考虑或者至少非常简单地设计。通过在此提出的按照本发明的蓄电池模块221能够构成蓄电池系统，对该蓄电池系统的蓄电池管理系统211相比于对由现有技术已知的蓄电池系统提出更少的要求。蓄电池管理系统211的电子装置因此能够预测地仅仅以通常的直流确保措施（ASIL-分级QM）开发并且不必须满足ASIL C。蓄电池系统的安全能够相对于现有技术极大地改善。
图15中示出了带有本发明所述的蓄电池模块221的示例性的实施形式的蓄电池的结构。如图15清晰可见，那里所示的蓄电池的每个蓄电池模块221具有放电电路270和带有半桥240的耦合单元。出于图示的简化省去了在每个蓄电池模块221中设置的监控和控制单元230的明确的表示。
基于在此提出的按照本发明的蓄电池模块221的功能，为了使得蓄电池模块电压换极，按照本发明的蓄电池模块221尤其适用于使用在带有分级可调节的输出电压的蓄电池直流逆变器210中。
使用这里所提出的按照本发明的电的本质安全的蓄电池模块221的例子为在图16中示出的蓄电池直流逆变器210。在图16中示出的蓄电池直流逆变器210为具有分级可调节的输出电压的三相蓄电池系统。该蓄电池直流逆变器210包括三个蓄电池组280、290、300，其分别具有由多个本发明所述的蓄电池模块221构成的串联电路。蓄电池组280、290、300的这些串联电路分别通过充电和分离装置40与正蓄电池组电极281、291、301连接并且分别通过分离装置50与负蓄电池组电极282、292、302连接。
根据本发明在此如此控制蓄电池单池或蓄电池模块，使得其运行参数位于在相应的阈值内，这些运行参数对于安全的运行是必要的。
因此锂离子蓄电池单池典型在2.8V到4.2V的电压范围Umin至Umax内，或者优选地在3.0V到4.2V内运行。这尤其适用于与安全相关的值Umin_safety或Umax_safety。然而该说明适用于在空载时待测量蓄电池单池的电压U，即在没有电流流经蓄电池单池时。在此必须一定注意这些阈值，因为否则电极能够遭受损坏。
蓄电池单池的空载电压基本上依赖于其充电状态。在此典型地，当电压UBatteriezelle为2.8V时充电状态SOC采用0%，在3.5V时通充电状态采用20%，且在4.2V时充电状态采用100%，在此这些值分别依赖于阴极、阳极和/或使用的电解质的类型和材料。
当电流流经蓄电池单池时，蓄电池单池电压UBatteriezelle不同于上述的数量说明。假设，空载电压为3.5V，且蓄电池单池的内阻在25℃时为10mΩ。在充电电流为100A时，那么得出所测的电压值UBatteriezelle为3.5V+1.0V=4.5V。但是在温度为0℃时蓄电池单池的内阻示例性地达到50mΩ，在示例性的放电电流为50A得到电压值UBatteriezelle为3.5V减去2.5V等于1.0V。但是根据采用过的控制和使用过的传感器在室温或者0℃时不能达到该电压值。通常在蓄电池单池工作时Umax的值处于4.2V到5.0V之间，且Umin的值处于1.5V到4.2V之间，优选地处于1.8V和4.15V之间，然而这些值与空载电压无关。
上述的电压值适用于单个蓄电池单池。对蓄电池模块来说该值取决于多少个单元串联或者并联连接。从而允许的模块空载电压UBatteriemodul处于n×2.8V到n×4.2V之间，其中n代表相互串联连接的蓄电池单池的数量。
在锂离子蓄电池单池中用于温度的阈值为大约Tmin=-40℃且Tmax=30℃至50℃，，优选地为30℃至45℃，最优选的为35℃至40℃。从安全性角度出发，最大温度Tmax-safety应该为46℃至80℃，优选地不超过50℃至60℃。此外运行蓄电池单池的最大的外部温度Tauβen应该不超过40℃。
流经蓄电池单池的蓄电池电流不应该位于-1000A到+1000A、优选地位于-600A到+600A、更优选地位于-500A到+500A、还更优选地位于-450A到+450A、还更优选地位于-350到+350A的范围之外。
蓄电池单池的内部压力不应该离开2bar到8bar的压力范围，优选地不离开3bar到7bar的压强范围。
上文的讨论示例性地用于锂离子蓄电池单池或者锂离子蓄电池模块，其中给出的值尤其适用于具有锂-镁-钴氧化物作为用于阴极的活性材料的锂离子蓄电池单池。然而本发明不限于这样的蓄电池单池、尤其是不限于锂离子蓄电池单池。在实践中因此待选择的运行参数的数值依赖于相应的蓄电池单池类型。
除了上述书面的公开之外，在此为了进一步公开本发明补充地参考在图1至16中的图示。
Claims (13)
1.一种蓄电池模块(221)，其具有带有多个蓄电池单池(21)的蓄电池单池电路(226)和用于监控所述蓄电池模块(221)的功能状态的监控和控制单元(230)，其特征在于，所述蓄电池模块(221)包括具有连接在半桥装置中的功率半导体(241、242)的耦合单元和与所述蓄电池单池电路(226)耦合的用于所述蓄电池模块(221)的快速放电的放电电路(270)，所述功率半导体用于在所述蓄电池模块(221)的输出端子(224、225)上耦合所述蓄电池单池电路(226)，其中，所述功率半导体(241、242)由所述监控和控制单元(230)是可控制的，以支持所述放电电路(270)。
2.根据权利要求1所述的蓄电池模块(221)，其中，所述监控和控制单元(230)被构造为监控蓄电池单池电压和/或蓄电池模块电压和/或流经所述蓄电池模块(221)的电流，并且当存在其值超过第一电压阈值的蓄电池单池电压或蓄电池模块电压时，和/或当存在其值低于第二电压阈值的蓄电池单池电压或蓄电池模块电压时，和/或当存在其值超过预定的充电电流阈值的充电电流时，和/或当存在其值超过预定的放电电流阈值的放电电流时，使得所述耦合单元的所述功率半导体(241、242)处于开关状态，在所述开关状态下没有电流流经所述蓄电池模块(221)。
3.根据权利要求1所述的蓄电池模块(221)，其中，所述监控和控制单元(230)被构造为根据通过蓄电池管理系统通信的信息和/或对所测量的单池温度或蓄电池模块温度的分析和/或对蓄电池模块电压的分析来识别危险情形的存在；并且在存在所述危险情形的情况下激活用于所述蓄电池模块(221)的快速放电的所述放电电路(270)。
4.根据权利要求3所述的蓄电池模块(221)，其中对所测量的单池温度或蓄电池模块温度的分析包括在超过预定的温度阈值的单池温度或蓄电池模块温度的情况下的分析。
5.根据权利要求3所述的蓄电池模块(221)，其中对蓄电池模块电压的分析包括在所述蓄电池模块电压的电压骤降的情况下的分析。
6.根据权利要求3所述的蓄电池模块(221)，其中，所述放电电路(270)包括串联电路，所述串联电路具有电阻(272)和功率半导体(271)，并且所述放电电路被设置为在激活的状态下所述蓄电池模块(221)以预定的放电电流或以由所述放电电路(270)控制的借助于所述监控和控制单元(230)可控制的放电电流来放电。
7.根据权利要求6所述的蓄电池模块(221)，其中具有电阻(272)和功率半导体(271)的所述串联电路包括具有晶闸管和/或带有再生开关和再生电阻的再生电路。
8.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池模块(221)，其中所述耦合单元包括两个半桥，所述两个半桥分别包括与所述蓄电池单池电路(226)的正极(222)耦合的第一功率半导体(241、251)、与所述蓄电池单池电路(226)的负极耦合的第二功率半导体(242、252)和中间连接端并且经由相应的中间连接端与所述蓄电池模块(221)的相应的另一个输出端子(224、225)连接，其中，所述蓄电池模块(221)被设置为在正常运行下借助于通过所述监控和控制单元(230)的控制如此地运行所述耦合单元，以使得可选择地在所述蓄电池模块的所述输出端子(224、225)上以正的或负的方向施加蓄电池模块电压或者不施加蓄电池模块电压。
9.一种用于借助于在蓄电池模块(221)中安置的监控和控制单元(230)监控具有由多个蓄电池单池(21)组成的蓄电池单池电路(226)的蓄电池模块(221)的方法，其特征在于，借助于耦合单元驱动所述蓄电池模块(221)，所述耦合单元包括连接在半桥装置中的功率半导体(241、242)，所述功率半导体(241、242)用于在所述蓄电池模块(221)输出端子(224、225)上耦合所述蓄电池单池电路(226)，其中如果由所述监控和控制单元(230)确定所述蓄电池模块(221)的故障情形或危险情形，那么借助于所述耦合单元和/或借助于与所述蓄电池单池电路(226)耦合的放电电路(270)使得所述蓄电池单池电路(226)处于安全状态，所述放电电路(270)被设置用于所述蓄电池模块(221)的快速放电，其中所述功率半导体(241、242)由所述监控和控制单元(230)是可控制的，以支持所述放电电路(270)。
10.根据权利要求9的方法，其中，通过放电使得所述蓄电池模块(221)处于所述安全状态，通过如此地控制所述耦合单元，使得在所述半桥(240、250)中接通所述功率半导体(241、242)中的一个，而所述功率半导体(241、242)中的另一个在激活的运行中作为可控的电阻运行，和/或借助于所述放电电路(270)以流经所述放电电路(270)的放电电流将所述蓄电池模块(221)放电，所述放电电路(270)对应于所述蓄电池模块(221)的短路电流的预定的一部分。
11.根据权利要求9或10的方法，其中，所述蓄电池模块(221)处于所述安全状态，通过接通所述半桥(240、250)的第一功率半导体(241、251)，从而导通地连接所述蓄电池模块(221)的第一输出端子和第二输出端子，并且关断相同的半桥(240、250)的第二功率半导体，或者在由两个半桥(240、250)组成的耦合单元的应用中，分别接通两个与所述第一输出端子(224)连接的功率半导体(241、251)或者两个与所述第二输出端子(225)连接的功率半导体(242、252)。
12.一种蓄电池系统(210)，其特征在于，所述蓄电池系统(210)包括蓄电池和蓄电池管理系统(211)，所述蓄电池具有至少一个蓄电池组(280、290、300)，在所述蓄电池组(280、290、300)中安置有多个根据权利要求1到8中任一项所述的蓄电池模块(221)，其中，所述蓄电池管理系统(211)被构造用于与所述蓄电池模块(221)的监控和控制单元(230)进行通信。
13.一种机动车，其具有电机和给所述电机供电的牵引用蓄电池，所述牵引用蓄电池包括根据所述权利要求1到8中任一项所述的蓄电池模块(221)或根据权利要求12所述的蓄电池系统(210)。
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