CN104364666B - 具有单独连接的确定电路的蓄电池系统以及具有蓄电池系统的蓄电池和机动车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓄电池系统(1)以及具有该蓄电池系统(1)的蓄电池和机动车。为了能够确定流过该蓄电池系统(1)的蓄电池电流，该蓄电池系统(1)被构造为带有测量单元(4)和确定单元(5)，两者通过单独的接触点或连接点(11、12、15、16)与蓄电池系统(1)的蓄电池线路(3)相连接。

Description

具有单独连接的确定电路的蓄电池系统以及具有蓄电池系统 的蓄电池和机动车

技术领域

本发明涉及一种蓄电池系统，该蓄电池系统包括具有至少一个蓄电池单池的蓄电池线路，该蓄电池系统包括具有与至少一个蓄电池单池串联连接的电流传感器的测量单元，以及该蓄电池系统包括用于确定在蓄电池系统运行过程中流过该蓄电池线路的蓄电池电流的确定单元，其中该确定单元具有确定电路，该确定电路传送信号地与测量单元连接并且从蓄电池线路中吸取运行能量。本发明还涉及一种具有蓄电池系统的蓄电池以及一种具有蓄电池系统的机动车。

背景技术

已知上面提到的种类的蓄电池系统以及具有这种蓄电池系统的蓄电池和机动车。该蓄电池系统或者具有该蓄电池系统的蓄电池被用在例如包含电驱动装置的车辆中，如其例如用于混合技术或者用于纯电驱动的车辆中。在此该蓄电池系统能够设置为车辆驱动装置的唯一的或者辅助的能量源。为了驱动车辆，该蓄电池系统能够必须是高电压/高电流蓄电池系统，其为驱动车辆提供电能，其中该电驱动能量具有例如800V的高电压，和/或例如250A的高电流。

为了能够确保蓄电池系统的安全运行，设置确定单元。该确定单元确定由蓄电池系统在运行过程中放出的且由该测量单元测量的蓄电池电流并且能够例如在出现不允许的蓄电池电流时显示故障情况。

例如EP 1 411 364 B1公开了一种具有独立于蓄电池地构造的确定单元的蓄电池，借助于该确定单元监控由该蓄电池在运行过程中放出的蓄电池电流。DE 10 2004 049153 A1公开了一种能够连接至蓄电池的导体层，其构造为带有测量层。流过该测量层的蓄电池电流能够通过能够连接在该测量层上的确定单元确定。在该文献中描述的确定单元作为独立的单元构造为用于连接到蓄电池的蓄电池触点上。因此该已知的确定单元需要蓄电池外一定尺寸的结构空间。但是尤其在汽车的应用中结构空间是非常有限的。此外该已知的外部确定单元仅仅能够测量由该蓄电池放出的蓄电池电流。内部的蓄电池电流不能够确定。

因为该已知的设备能够识别不允许的高的蓄电池电流，其确实为蓄电池系统的运行安全做出了贡献。但是由于该确定单元的连接方式，其会经不起电磁干扰。即随着至少一个蓄电池单池间距的增大每个确定单元和蓄电池单池之间的导线长度也增大，其中影响蓄电池电流测量的多种电磁干扰的耦合对确定单元来说可能变得不允许地高。因此蓄电池系统、蓄电池和/或车辆的运行安全性能够降低。

发明内容

根据本发明提供了一种上面提到的种类的蓄电池系统，其中电流传感器通过多个接触点导通蓄电池电流地连接至蓄电池线路中且该确定电路通过多个连接点传输能量地与蓄电池线路相连接，其中多个接触点被构造为独立于多个连接点。

通过在蓄电池线路中设置电流传感器能够测量所有流过该蓄电池线路的蓄电池电流，例如流向至少一个蓄电池单池的充电电流或由其中流出的放电电流。将多个接触点与多个连接点的分隔允许布置与电流传感器的布置无关的确定电路。因此蓄电池系统内部的结构空间或者蓄电池内为蓄电池系统提供的结构空间被优化使用。也存在这种可能性，例如在蓄电池外部的确定电路被布置在控制装置内。

本发明能够通过不同的分别有利的，能够相互间任意组合的方案进一步改进。下文将探讨这种方案形式及与其有关的优点。

根据第一实施方式该蓄电池线路能够包括至少一个蓄电池单池且在蓄电池系统的多个连接触点之间运行，其中蓄电池线路的连接触点能够连接在蓄电池的连接触点上或能够构造该蓄电池的连接触点。

根据另一个有利的方案蓄电池线路能够具有至少两个相互间串联连接的蓄电池单池。这取决于应当提供多少电能或蓄电池系统的导线，蓄电池线路还能具有多于两个蓄电池单池，这些蓄电池单池根据需求相互串联或者并联连接。如果蓄电池线路具有相互并联连接的蓄电池单池的网络，那么其能够与另一个蓄电池单池或另一个网络以及与电流传感器串联连接。为了简单起见每个蓄电池单池和并联的蓄电池单池的网络在下文仅仅以蓄电池单池标记，因为其能够按需求地使用，而不损害根据本发明的蓄电池系统的功能。

在蓄电池系统的连接触点和蓄电池线路的第一个或者最后一个蓄电池单池之间的电流传感器尤其能够设置在其中。在此蓄电池线路的第一个或者最后一个蓄电池单池是作为第一个连接在连接触点之前或者之后的蓄电池单池。例如蓄电池系统的至少一个连接触点通过连接导线与蓄电池线路且尤其与第一个或者最后一个蓄电池单池连接。如果该电流传感器布置在蓄电池线路的一端，那么其从作为下一个连接在其上的蓄电池单池离开的连接点能够直接连接在该连接导线上。在此电流传感器的另一个接触点能够连接在该蓄电池单池的正极或者负极上。

该确定单元能够与蓄电池线路并联连接，其中该确定单元的连接点优选地接触该蓄电池系统的连接导线。如果该电流传感器连接到第一个或者最后一个蓄电池单池的负极上且该确定单元与蓄电池线路并联连接，那么在该确定单元上以及该电流传感器上施加相同的参考电压，即使当所有的连接点与接触点被多条连接导线的至少一段在空间上隔离。也许每个连接点与接触点连接的连接导线段通常取决于最大的可以忽略的电势差。

该电流传感器不仅能够在蓄电池线路的首端或末端，而且能够在蓄电池线路的所有蓄电池单池之前或者之后，接入蓄电池线路中。如果，例如由于空间原因，需要热或电的环境条件，那么该电流传感器能够替代地设置在蓄电池线路中的多个蓄电池单池之间且在此优选地与其串联连接，因此流过该蓄电池线路的总电流被该电流传感器传导。同样在这种情况下确定单元的多个连接点间隔该电流传感器的接触点与蓄电池线路且尤其是与蓄电池线路的不同的端相连接。

但是由该电流传感器和确定单元的布置产生的在每个参考电势中的不同能够在确定该蓄电池线路时造成干扰，尤其是当该电流传感器与该确定单元导电地连接时。为了在电流传感器和确定单元的参考电势不同时也能够安全地确定蓄电池电流，该蓄电池系统能够具有参考电势转换器。该参考电势转换器能够例如是该确定单元的部件。

该参考电势转换器能够与该电流传感器和确定电路导通信号地连接。因此由该电流传感器产生的测量信号能够被该参考电势转换器传导到确定电路上。参考电势转换器在运行时在输入端接收取决于测量信号的信号，其中在参考电势转换器的输入端上优选地施加该电流传感器的参考电势。该参考电势转换器在输出端能够与确定电路导通信号地连接且向该确定电路发送取决于测量信号的信号，其中在参考电势转换器的输出端优选地施加该确定单元的参考电势。

该参考电势转换器能够将该电流传感器从该确定单元电地彼此隔离且例如构造为变压器。此外该确定单元的电隔离还导致了运行安全性的提高。即如果应该中断该确定单元到参考电势的传输能量的连接，那么电隔离禁止电能从确定单元到测量单元的流动，该测量单元能够被能量流损坏甚至损毁。在不采用这种通过该参考电势转换器的电隔离地安装该蓄电池系统的过程中还随时注意，每个组成部件均以正确的顺序相互连接。如果设置根据本发明的参考电势转换器，那么该蓄电池系统的组成部件能够以任意顺序相互连接，而在安装该蓄电池系统的过程中电能不会从蓄电池线路中意外地流出且以对该测量单元或该确定单元来说危险的高值流过其中。

如果该电流传感器和该确定单元空间上相互间隔布置，那么将其通过多条连接导线互相连接。但是随着该连接导线长度增长这种风险也增大，即由该电流传感器产生的测量信号受到电磁作用如此强烈的干扰，使得该确定单元不再能可靠地确定蓄电池电流。模拟测量信号尤其容易受到电磁干扰的影响。但是电驱动车辆经常产生这种干扰。那么为了在使用长的连接导线的情况下还能够安全地确定蓄电池电流，该蓄电池系统能够具有将由电流传感器产生的测量信号转换为数据信号的测量信号转换器。首先能够这样设置数字的数据信号，使得其对电磁干扰不敏感且能够通过更长的连接导线安全地传送，该连接导线能够例如为数10cm或者甚至数米长。优选地该测量信号转换器靠近该电流传感器布置且尤其是测量单元的部件。

那么施加在参考电势转换器输入端的信号能够是由测量信号转换器产生的数字的数据信号。因此该参考电势转换器能够传送该测量信号转换器数据信号地与确定电路连接，由此向确定电路鲁棒的并且大致容错的信号传输是可能的。在此不仅能够在测量信号转换器的输入端而且能够在其输出端施加该电流传感器的参考电势。

在运行过程中至少向该确定电路和可能还有该测量信号转换器以及参考电势转换器提供运行能量。根据不同的参考电势至少能够为该测量信号转换器和确定电路提供不相等的运行能量。此时为了避免为该测量信号转换器和确定单元单独设置供电单元，这不仅可能从空间上而且可能从成本技术上是不利的，优选地该蓄电池系统构造为带有供电单元，该供电单元在运行时为用于确定电路的第一供电回路和用于测量单元或测量信号转换器的第二供电回路提供从该蓄电池线路中提取的运行能量。为了能够为该确定电路以及可能还有该测量信号转换器提供运行能量，第一供电回路的参考电势相当于该确定电路的参考电势且第二供电回路的参考电势相当于该电流传感器的参考电势。

该供电单元能够这样构造，使得第一供电回路在运行时为第二供电回路，例如测量单元提供运行能量。示例性地该供电单元能够构造成带有变压器，该变压器将该第一供电回路与第二供电回路传送能量地电隔离或者解耦。

该确定单元能够分析测量信号或者数据信号和/或与额定值比较且在蓄电池电流大大偏离该额定值时发出故障信号。

在简单且成本低廉的可能实现的技术方案中该电流传感器作为所谓的分流电阻，即构造为低欧姆电阻，在该欧姆电阻上的取决于流过其的电流的电压会下降。该电压能够用作测量信号且例如被传送至该测量信号转换器。

除了蓄电池系统，根据本发明的蓄电池能够具有壳体和用于连接例如机动车的驱动电机的外部负载的连接触点。该蓄电池的连接触点能够与蓄电池系统的连接触点导通蓄电池电流地连接，或该蓄电池系统的连接触点能够构造该蓄电池的连接触点。

在根据本发明的机动车中能够设置该蓄电池系统且至少部分甚至全部地设置在该车辆的蓄电池中。至少该确定线路以及可能甚至该确定单元能够布置在该蓄电池外部，例如布置在控制装置中。

该蓄电池线路的至少一个蓄电池单池能够构造为可重复充电的锂离子蓄电池。替代地或附加地还有其他的蓄电池技术能够被蓄电池线路的至少一个蓄电池单池所用。此外该蓄电池系统能够还包括另一个电能存储器，例如电容。该蓄电池系统能够连接到蓄电池管理系统上或者该蓄电池管理系统能够至少包括该确定单元。至少该确定电路且可能还有该供电单元能够通过至少一种开关元件传导能量地与蓄电池线路连接，使得在蓄电池系统的关闭状态下没有意外的能量从该蓄电池线路中流出。

附图说明

下文通过参考多个附图的多个实施例示例性地阐述本发明。其中，多个实施例的不同特征能够独立地相互结合，如其在单个有利的技术方案中已经阐明的那样。其中：

图1示出了根据本发明的蓄电池系统的一个实施例的示意图；以及

图2示出了根据本发明的蓄电池系统的另一个实施例的示意图。

具体实施方式

首先参考在图1中的实施例阐述根据本发明的蓄电池系统的结构和功能。

图1示出了具有蓄电池线路3的蓄电池系统1，该蓄电池线路3具有多个蓄电池单池2。为了确定流过蓄电池线路3的蓄电池电流，该蓄电池系统1还具有测量单元4，通过测量单元4能够产生取决于蓄电池电流的测量信号。此外该蓄电池1还设置有确定单元5，确定单元5传送信号地与该测量单元4相连接。

在运行过程中在测量单元4的信号输出端6处施加信号7，该信号7由蓄电池单元4在运行过程中根据蓄电池电流产生。通过信号导线8向该确定单元5传送信号7，信号导线8连接至确定单元5的信号输入端9。

测量单元4设置有电流传感器10，该电流传感器10通过两个接触点11、12被连接到蓄电池线路3中且与至少一个蓄电池单池2串联连接。在所示实施例中该蓄电池线路3配备有多个蓄电池单池2，其中蓄电池单池2′是蓄电池线路3的第一个或最后一个蓄电池单池。接触点11连接在蓄电池单池2′上且尤其连接在其负极上。该电流传感器10的另一个接触点12不是连接在多个蓄电池单池2的一个上，而是连接在蓄电池系统1的连接触点13上。如果该蓄电池线路3被多个蓄电池单池2和电流传感器10限定，那么在图1的实施例中的电流传感器10布置在蓄电池电路3的一端A上。替代地该电流传感器10还能够布置在蓄电池线路3的与该一端A相反的一端B上且然后再连接在最后一个或者第一个蓄电池单池2′的正极上。

为了将由该电流传感器10产生的测量信号7转换成能够更好地传输的信号，该蓄电池系统1附加地配置有测量信号转换器14。该测量信号转换器14在输入端接收由该电流传感器10产生的模拟测量信号7，例如与流过蓄电池线路的电流相关的电压。该电流传感器10能够构造为所谓的分流器(Shunt)，即低欧姆的电阻。如果蓄电池电流流过该电流传感器10，那么与蓄电池电流相关的电压通过该电流传感器10降低，该电压作为测量信号7被测量信号转换器14接收和转换。该测量信号转换器14能够将由电流传感器10传输的测量信号7以数字信号7′传送到测量单元4的信号输出端6上。因此由测量单元4输出的信号7′能够是数字数据信号。

为了能够将电流传感器10优化地连接到蓄电池线路3上，而其放置不被确定单元5影响，该确定单元5通过单独的连接点15、16传递能量地与蓄电池线路3连接。该确定单元5在图1的实施例中与蓄电池线路3并联连接。连接点15在蓄电池线路3的与电流传感器10相反的一端B上与连接导线17导电地耦合。连接导线17将蓄电池线路3与蓄电池系统1的另一个连接触点18相连接。通过另一根连接导线20的一段19将确定单元5的第二连接点16与连接点12间隔，但是导电地连接。由于接触点12与连接点16导电地连接，两个位置12、16上被施加相似的甚至相同的电势或参考电势R1、R2。

但是如果参考电势R1、R2的电势差如此之大，使得测量单元4的信号7、7′不再能够立即在确定单元5中使用，那么该蓄电池系统1能够配备参考电势转换器21。能够向参考电势转换器21的输入端传送电流传感器10的参考电势R2。因此该参考电势传感器21能够通过电势导线22连接到接触点12上。能够向参考电势转换器21的输出端传送确定单元5的参考电势R1。因此在图1的实施例中设置电压导线23，其将参考电势转换器21与连接点16相连接。

此外向参考电势转换器21传送测量单元4的信号7、7′。如果参考电压转换器21是确定单元5的部件，那么其能够在输入端信号导通地与信号输入端9相连接。在运行过程中在参考电势转换器21的输出端以转变后的形式输出信号7、7′，其从此作为参考电势具有确定单元5的参考电势R1且配以附图标记7″。信号7″被传送给确定电路24，其中该信号7″被使用。

在图1的实施例中示出参考电势转换器21被构造为变压器。

为了能够向确定电路24、参考电势转换器21和/或测量单元4提供运行能量，根据图1该蓄电池系统1被构造为带有供电单元25。该供电单元25在运行的过程中为至少包括确定电路24的第一供电回路26供电。此外该供电单元25为至少包括测量电路4的第二供电回路27供电。在每个供电回路26、27中分别施加期望的参考电势R1、R2。

供电单元25通过供电导线28传输能量地与测量单元4连接。该供电导线28将运行能量29从供电单元25传送到测量单元4。供电导线30是供电回路26的部件且将运行能量31传送到确定电路24上。

参考电势转换器21既是第一供电回路26又是第二供电回路27的成员且被提供以运行能量29和运行能量31。

以与参考电势R1接触的连接点16的电势导线32作为第一供电回路26的部件被引向供电单元25。在运行过程中通过供电导线33从连接点15向供电单元25传送来自蓄电池线路3的运行能量。

供电单元25被示出为变压器，其中第一供电回路26为第二供电回路27供电。

至少在连接触点13、18中的一个和蓄电池线路3之间能够设置机械开关，例如接触器34、35，以在需要的时候将蓄电池线路3从连接触点13、18断开。

图2示出了根据本发明的蓄电池系统1的另一个实施例，其中对于在结构和功能上与图1的实施例的元件对应的元件采用同样的附图标记。为了简单起见仅仅介绍与图1的实施例的不同。

图2的蓄电池系统1与图1的蓄电池系统的区别仅仅在于电流传感器10的布置。在图2中电流传感器10集成在蓄电池线路3中的两个蓄电池单池2″和2″′之间并通过接触点11、12与蓄电池单池2″和2″′串联连接。在图2的实施例中确定单元5的连接点15、16不仅仅通过连接导线17、20的一段，而且还通过蓄电池2″、2″′的至少一个与接触点11、12连接。尤其在接触点12和连接点16之间存在参考电势R1、R2之间的电势差，这能够使得参考电势变换器21是必须的。

如果电流传感器10布置在蓄电池线路3的一端B，那么接触点12和连接点16之间的电势差是最大的。

在所述实施例中蓄电池系统1能够至少部分是蓄电池管理系统的部件。蓄电池管理系统1能够包括至少一个构造为可重复充电的锂离子蓄电池的蓄电池单池2。

Claims (10)

1.一种蓄电池系统(1)，所述蓄电池系统(1)包括具有至少一个蓄电池单池(2)的蓄电池线路(3)，所述蓄电池系统(1)包括具有电流传感器(10)的测量单元(4)，所述电流传感器(10)与所述至少一个蓄电池单池(2)相连接，并且所述蓄电池系统(1)包括确定单元(5)，用于确定在所述蓄电池系统(1)的运行过程中流过所述蓄电池线路(3)的蓄电池电流，其中所述确定单元(5)具有确定电路(24)，所述确定电路(24)传输信号地与所述测量单元(4)相连接并且从所述蓄电池线路(3)中提取运行能量，其特征在于，所述电流传感器(10)通过多个接触点(11、12)导通蓄电池电流地连接至所述蓄电池线路(3)且所述确定单元(5)通过多个连接点(15、16)传输能量地与所述蓄电池线路(3)相连接，其中所述多个接触点(11、12)独立于所述多个连接点(15、16)地构造。

2.根据权利要求1所述的蓄电池系统(1)，其特征在于，所述蓄电池线路(3)具有至少两个相互串联连接的蓄电池单池(2)，其中所述电流传感器(10)设置在所述蓄电池线路(3)中的多个蓄电池单池(2)之间且所述确定单元(5)的所述多个连接点(15、16)与所述蓄电池线路(3)的不同的端(A、B)导电地相连接。

3.根据权利要求1所述的蓄电池系统(1)，其特征在于，还包括参考电势转换器(21)，所述参考电势转换器(21)将所述电流传感器(10)和所述确定单元(5)导通信号地相互连接，其中在运行过程中在所述参考电势转换器(21)的输入端施加所述电流传感器(10)的参考电势(R2)并且在输出端施加所述确定电路(24)的参考电势(R1)。

4.根据权利要求3所述的蓄电池系统(1)，其特征在于，所述测量单元(4)具有用于将由所述电流传感器(10)产生的测量信号转换成数据信号(7)的测量信号转换器(14)，其中所述测量信号转换器(14)在输入端传输测量信号地与所述电流传感器(10)相连接并且在输出端传输数据信号地与所述确定单元(5)相连接。

5.根据权利要求4所述的蓄电池系统(1)，其特征在于，所述参考电势转换器(21)将所述测量信号转换器(14)传输数据信号地与所述确定电路(24)相连接。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的蓄电池系统(1)，其特征在于，所述确定单元(5)被构造为具有供电单元(25)，所述供电单元(25)在运行时向用于所述确定电路(24)的第一供电回路(26)和用于所述测量单元(4)的第二供电回路(27)提供从所述蓄电池线路(3)提取的运行能量(29、31)。

7.根据权利要求6所述的蓄电池系统(1)，其特征在于，所述第一供电回路(26)的参考电势对应于所述确定电路(24)的所述参考电势(R1)且所述第二供电回路(27)的参考电势对应于所述电流传感器(10)的所述参考电势(R2)。

8.根据权利要求6所述的蓄电池系统(1)，其特征在于，所述第一供电回路(26)在运行过程中向所述第二供电回路(27)提供用于所述测量单元(4)的运行能量(29)。

9.一种蓄电池，其具有根据权利要求1至8中任一项所述的蓄电池系统(1)。

10.一种机动车，其具有根据权利要求1至8中任一项所述的蓄电池系统(1)，其中，所述蓄电池系统(1)与所述机动车的驱动系统相连接。