CN104137323A - 一种蓄电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有多个蓄电池单池(10)和一个蓄电池管理单元的蓄电池系统(100)。蓄电池管理单元包括多个获取装置(26-1、26-2)和多个监控装置(32-1、32-4、36)，其中，多个获取装置(26-1、26-2)中的每个分别配置有多个蓄电池单池(10-1、10-6；10-7、10-12)并且多个获取装置(26-1、26-2)中的每个被构造用于获取其所配属的蓄电池单池(10-1、10-6；10-7、10-12)的至少一个运行参数，并且其中，多个监控装置(32-2)中的每个分别配置有多个蓄电池单池(10-4、10-9)并且多个监控装置(32-2)中的每个被构造用于监控其所配属的蓄电池单池(10-4、10-9)的运行参数。分别配置给多个监控装置中的一个(32-2)的多个蓄电池单池(10-4、10-9)配置有至少两个获取装置(26-1、26-2)。

Description

一种蓄电池系统
技术领域
本发明涉及一种蓄电池系统以及一种具有依据本发明的蓄电池系统的机动车。
背景技术
已经表明，未来无论是在静态的应用(例如在风力发电设备)中还是在车辆内(例如在混合动力车辆和电动车辆)越来越多地应用蓄电池系统，对这样的蓄电池系统在可靠性方面提出了特别高的要求。
所述高要求的背景在于蓄电池的故障能够导致整个系统的的故障。例如在一台电动车辆中牵引蓄电池的故障会导致“趴窝”。此外，蓄电池的故障能够导致与安全相关的问题。例如在风力发电设备中使用蓄电池，以便在强风的情况下通过转子叶片调节来保护设备免于出现不允许的状态。
在附图1中所示为依照现今的现有技术的一个蓄电池系统的原理图。一个总体上用100标记的蓄电池系统包括多个蓄电池单池10和一个充电和分离装置12，所述充电和分离装置包括一个断路开关14，一个充电开关16和一个充电电阻18。此外，蓄电池系统100还包括一个具有断路开关22的分离装置20。
为了保障蓄电池系统100的安全运行强制性地要求每个蓄电池单池10在允许的运行范围之内(电压范围，温度范围，电流极限)运行。如果一个蓄电池单池10处于极限值之外，则必须将其从单池复合结构中取出。因此，在蓄电池单池10的串联电路的情况下(如附图1所示)单个的蓄电池单池10的故障会导致整个蓄电池系统100的故障。
锂离子工艺或镍金属氢化物技术的蓄电池尤其是应用在混合动力车辆和电动车辆中，该些蓄电池具有大量的串联连接的电化学的蓄电池单池。蓄电池管理单元被用于监控蓄电池，并且除了安全监控之外还应保证尽可能高的使用寿命。此外，每个蓄电池单池的电压与蓄电池电压和蓄电池电流一起被测量并进行状态估测(例如蓄电池的充电状态和老化状态)。已经分析的数据被传送给执行器，所述执行器能够纠正地作用于单池(例如通过充电均衡或恒温处理)。同时蓄电池管理单元向使用者提供有关蓄电池状态的最新信息。为了将使用寿命最大化，每时每刻都了解蓄电池的当时的已有的最大能力，即最大可输出和接收的电功率是有帮助的。如果所述能力被超过，则可能会很强地加速蓄电池的老化。
发明内容
按照本发明将提供一种具有多个蓄电池单池和蓄电池管理单元的蓄电池系统。所述蓄电池系统优选是锂离子蓄电池系统。
蓄电池管理单元包括多个获取装置以及多个监控装置。多个获取装置中的每个分别配置有多个蓄电池单池。多个获取装置中的每个被构造用于获取其所配属的蓄电池单池的至少一个运行参数。同样地，多个监控装置中的每个分别配置有多个蓄电池单池。多个监控装置中的每个被构造用于监控其所配属的蓄电池单池的运行参数。
分别配置给一个监控装置的多个蓄电池单池配置有至少两个获取装置。通过这种配置规则将实现蓄电池单池的监控的优化和蓄电池系统的可使用性的改善。这是通过下述进行：在其中的一个获取装置内出现故障的情况下有缺陷的获取装置虽然不再能够确定单个的蓄电池单池的运行参数，但是通过至少一个限制地配置的监控装置能够获取有关缺失的测量数据的信息。概括地讲本发明的目标在于，不给监控装置和获取装置配置同样的系统极限值，由此通过监控装置可以实现更加准确地估测运行参数以及整个系统的更高的可靠性和安全性。
在本发明的一个优选的实施方式中规定，多个获取装置中的至少一个被构造用于获取配属于所述多个获取装置的每个蓄电池单池的运行参数。在这里尤其涉及每个蓄电池单池上的单个电压。此外优选，形成至少一个监控装置，以便求取全部配属于所述监控装置的蓄电池单池的运行参数的数值的总和。在这里可以尤其涉及全体配属于所述监控装置的蓄电池单池上的总电压。
通过分别给多个获取装置中的至少一些分配偶数的蓄电池单池实现特别对称地分配或配置蓄电池单池。在这里现在分别将获取装置的一半数量的蓄电池单池精确地分配给其中一个监控装置。此外实际上规定，多个蓄电池单池分组成多个蓄电池模块。在这里一个蓄电池模块的蓄电池单池可能分配给其中的每个获取装置。
通过将那些被分配给两个或多个获取装置的蓄电池单池分配给多个监控装置中的至少一些能够实现跨系统的监控。
通常给多个获取装置中的至少一些分配相同数量的蓄电池单池。类似情况也适用于监控装置。
最后，获取装置能够是一个现场总线系统的组件，也能够选择监控装置与所述获取装置连接。
按照本发明的蓄电池系统不必一定呈紧凑型结构，而本发明的另一方面涉及一种具有多个蓄电池单池和一个蓄电池管理单元的蓄电池，所述蓄电池作为紧凑型的装置具有上述按照本发明的蓄电池系统的技术特征。
本发明的另一方面涉及一种机动车，所述机动车具有按照本发明的蓄电池系统。
总体上通过使用多个获取装置和监控装置实现，提供在一个或多个蓄电池单池出现故障的情况下仍然能够继续安全地运行的蓄电池系统。尽管与常规运行相比较蓄电池系统因存在缺陷其能力能够受到限制。但是如果蓄电池系统的设计结构适当，能够避免系统故障或蓄电池系统的危及安全的状态。
附图说明
借助附图和后面的说明对本发明的实施例进行详细说明。其中：
图1示出了按照背景技术的蓄电池系统，
图2示出了具有多个获取装置的蓄电池系统，
图3示出了按照背景技术的多个蓄电池单池相对多个获取装置和监控装置的配置情况，
图4示出了按照本发明的一种实施方式的多个蓄电池单池相对多个获取装置和监控装置的配置情况。
具体实施方式
图2所示为蓄电池系统100，在其中大量的蓄电池单池10串联连接并且合并成大量的模块24。一个模块24包括预先确定的数量的蓄电池单池10，该些蓄电池单池的数量典型地在6和12个之间。获取装置26分别测量每个蓄电池单池10的电压并将电压值传输给一个现场总线28，一个分析单元30与该现场总线连接。分析单元30能够控制一个高压-接触器以保护蓄电池系统100。附图2中的现场总线系统28通过总线-拓扑结构联网并使用CAN(控制局域网)-协议。
此外，大量的监控装置32与现场总线28连接(在附图2中只显示其中一个监控装置)。多个监控装置32各自具有一个比较器34，所述比较器将一个模块24上的电压与一个预先确定的电压阈值Vs相比较。
如果在模块24上面测量的电压超过电压阈值Vs，则向现场总线28传输一个报警信号。此外，如果低于另一个预先确定的电压阈值，也能够向现场总线28传输一个信号。
蓄电池系统100的全部监控装置32都能够与一个逻辑-或门连接，一旦其中一个监控装置32触发报警，该逻辑-或门触发一个总报警。
图3所示为大量的蓄电池单池相对于获取装置和监控装置的配置情况，
这从背景技术中已知。大量的蓄电池单池10-1...、10-12被分组成多个蓄电池模块24-1、24-2。与在附图2中示出的排列相反，获取装置26-1、26-2被分配给多个蓄电池模块24-1、24-2的多个蓄电池单池10。更准确地讲，例如获取装置26-1被分配六个蓄电池单池10-1...、10-6并且是为了获取其所配属的每个蓄电池单池10-1...、10-6上的单个的电压而形成。获取装置26-1由此能够获取六个单个的电压。每个监控装置32-1、32-2、32-3同样被准确地分配给多个蓄电池模块24-1、24-2、24-3的多个蓄电池单池10并且由此具有同获取装置26-1、26-2、26-3一样的系统极限。每个监控装置32-1、32-2、32-3是为了确定总电压而形成，该总电压分别位于其所配属的蓄电池模块24-1、24-2、24-3上。这导致，当其中一个获取装置26-1、26-2、26-3出现故障的时候只能确定在其内发生技术故障的蓄电池模块的总电压。不能获取所述模块内有关单个电压的信息，这是因为在获取装置26-1、26-2、26-3与监控装置32-1、32-2、32-3是一对一的配置方式。
因此，按照本发明提供一种改进的大量的蓄电池单池相对获取装置和监控装置的配置，如附图4所示。在这里监控装置32-1...、32-4相对获取装置26-1、26-2、26-3受限制地布置，以至于它们不再具有相同的系统极限。更准确地讲每个监控装置32被分别配置给一个蓄电池模块的一半以及相邻的蓄电池模块的另一半。例如监控装置32-2被分配给多个蓄电池单池10-4、...、10-9，该些蓄电池单池又被分配给蓄电池模块24-1和24-2和获取装置26-1和26-2。当获取装置26-2发生故障时能够通过测量值或来自监控装置32-2、32-3的其它信息提供有关单个的蓄电池单池10-7...、10-12上的单个的电压的信息。
设置另一个监控装置36，该监控装置被分配给两个蓄电池模块24-1、24-2的蓄电池单池10-1、...、10-12。如果目前设置大量的监控装置32-1、...、32-4、36，该些监控装置分别为各组的蓄电池单池10提供信息，则能够通过一个未示出的控制设备收集有关各个蓄电池单池的信息。

Claims (11)

1.蓄电池系统(100)，其具有多个蓄电池单池(10-1、...、10-12)和一个蓄电池管理单元，其中，所述蓄电池管理单元包括多个获取装置(26-1、26-2)和多个监控装置(32-1、...、32-4、36)，其中，所述多个获取装置(26-1、26-2)中的每个分别配置有多个蓄电池单池(10-1、...、10-6；10-7、...、10-12)并且所述多个获取装置(26-1、26-2)中的每个被构造用于获取其所配属的蓄电池单池(10-1、...、10-6；10-7、...、10-12)的至少一个运行参数，并且其中，所述多个监控装置(32-2)中的每个分别配置有多个蓄电池单池(10-4、...、10-9)并且所述多个监控装置(32-2)中的每个被构造用于监控其所配属的蓄电池单池(10-4、...、10-9)的运行参数，其特征在于，分别配置给所述多个监控装置(32-2)中的一个的多个蓄电池单池(10-4、...、10-9)配置有至少两个获取装置(26-1、26-2)。
2.根据权利要求1所述的蓄电池系统，其中，所述多个蓄电池单池(10-1、...、10-12)串联连接。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电池系统，其中，所述多个获取装置(26-1、26-2)中的至少一个被构造用于获取其所配属的所述多个蓄电池单池(10-1、...、10-6；10-7、...、10-12)中的每个单个的蓄电池单池的所述运行参数，尤其是获取施加在其所配属的所述多个蓄电池单池(10-1、...、10-6；10-7、...、10-12)中的每个单个的蓄电池单池之上的电压。
4.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其中，所述多个监控装置(32-2)中的至少一个被构造用于监控全部其所配属的蓄电池单池(10-4、...、10-9)的运行参数的数值的总和，尤其是监控施加在其所配属的多个蓄电池单池(10-4、...、10-9)的整体之上的总电压。
5.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其中，分别为多个获取装置(26-1、26-2)中的至少一些配属偶数的蓄电池单池(10-1、...、10-6；10-7、...、10-12)，从中分别将一半的蓄电池单池(10-1、...、10-6；10-7、...、10-12)配属给所述多个监控装置(32-2)中的一个。
6.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其中，所述多个蓄电池单池(10-1、...、10-12)分组成多个蓄电池模块(24-1、24-2)，并且其中，多个获取装置(26-1、26-2)中的每个配属有一个蓄电池模块(24-1、24-2)的多个蓄电池单池(10-1、...、10-6；10-7、...、10-12)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其中，配属有至少两个获取装置(26-1、26-2)的所述多个蓄电池单池(10-1、...、10-12)配属有所述多个监控装置(36)中的至少一个。
8.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其中，给所述多个获取装置(26-1、26-2)中的至少一些和/或所述多个监控装置(32-1、32-2、32-3)中的至少一些分别配属相同数量的蓄电池单池(10-1、...、10-12)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其中，所述多个获取装置(26-1、26-2)和/或所述多个监控装置(32-1、...、32-4、36)是现场总线系统(28)的组件。
10.一种蓄电池，其具有多个蓄电池单池(10-1、...、10-12)和一个蓄电池管理单元，其中，所述蓄电池形成根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池系统。
11.一种机动车，其具有根据权利要求1-9中任一项所述的蓄电池系统(100)或根据权利要求10所述的蓄电池，其中，所述蓄电池系统(100)或所述蓄电池与所述机动车的驱动系统相连接。
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