CN105874631B - 电池单元和具有电池单元的车载电网 - Google Patents

电池单元和具有电池单元的车载电网 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电池单元(10)，具有至少一个电池模块(14)、用于正电压的电池电极(11)和用于负电压的电池电极(12)，其中，所述电池单元(10)具有至少一个用于正电压的第二电池电极(70)，其在空间上与第一电池电极(11)分隔地布置，本发明还涉及一种具有这种电池单元(10)的车载电网(100)。

Description

电池单元和具有电池单元的车载电网
本发明涉及一种电池单元以及具有这种电池单元的车载电网、尤其机动车车载电网。
在现代机动车中降低重量在对于能源需求方面起到重要的作用。因此，原则上希望减轻电池单元的重量。为此，例如已知锂离子电池，其相对于传统的铅酸电池可以被设计得更轻。但是，这种电池单元例如在允许的温度范围方面是受限的，使得必须在适合的结构空间中使用。这可能导致耗费的布线，这种布线又降低了重量优势。
由US 2011/0273809 A1已知一种锂离子电池单元，其具有用于正电压的电池电极和用于负电压的电池电极，在它们之间安置有具有至少一个电气消耗器的电气系统。电池单元还具有电池管理系统，其借助适合的接收件监测电池单元的参数和/或运行状态。此外已知，在电池单元和电气消耗器之间安置有关断件，其例如被设计为继电器、可逆的(reversible)保险器件或烟幕爆发式关断件。在此，关断件也可以安置在电池单元的壳体内，其中，关断件通过电池管理系统可以被控制。
由DE 10 2008 044 774 A1已知一种机动车，具有电源和至少一个电气消耗器，其中电源和消耗器通过第一保险器件相互电气连接。在此，第一保险器件根据开关信号可被触发。此外，电源和消耗器通过与第一保险器件并联的第二保险器件电气连接。在此，第一保险器件例如设计为烟幕爆发式关断件，其在检测到碰撞时被触发。目的是，通过整个启动电路为启动器和电气消耗器供电，其中，在烟幕爆发式关断装置被触发后，电气消耗器也被供电，直至不是由于短路而也触发第二保险器件。
本发明所要解决的技术问题是，提供一种电池单元和具有这种电池单元的车载电网，借此可以降低布线耗费。
所述技术问题通过具有权利要求1和9的技术特征的技术方案解决。本发明的另外有利的设计方案由从属权利要求给出。
电池单元具有至少一个电池模块、用于正电压的电池电极和用于负电压的电池电极和/或接地地线(Masse)。在此，所述电池单元具有至少一个用于正电压的第二电池电极，其在空间上与第一电池电极分隔地布置。这实现了灵活的布线，其中当例如电池单元空间上安置在不同的电气消耗器之间时，尤其避免电缆的回输或回路。除了节省电缆长度，还减少了电缆支线的数量。此外当没有电缆必须在电池单元之上导引时，还优化了电池单元的通风。
在一个实施方式中，所述电池单元具有至少一个用于负电压的第二电池电极，其中，这些第二电池电极相邻地布置。当负电压或接地地线必须作为电缆被导引至电气消耗器时，这尤其是有利的。这例如可以是以下的情况，即电池单元安置在玻璃纤维加强的塑料环境中并且由此无法连接在车辆上。在这种情况下，也减少了用于负电压连接的所需的电缆长度。
在另一个实施方式中，至少一个电池模块安置在壳体内，其中，所述电池电极从所述壳体伸出。所述壳体优选由塑料或者轻质金属合金构成，以便尽可能保持较低的重量。壳体除了用于机械防护外，还用于拦阻一个或多个电池模块的内部压力，内部压力例如在电池模块的电池单格的排气时产生，其必须随后受控地通过脱气转移出去，但是这优选在超过内部压力的极限值时才进行实施。所述壳体由此保证用于电池模块的气密和压力密封的环境。电池单元优选包括多个电池模块，它们分别由多个电池单格构成。电池单格优选是锂离子电池单格，还优选是锂-铁-磷酸盐或锂-钛酸盐单格。
在另一个实施方式中，所述第一电池电极和第二电池电极从所述壳体的不同的侧面伸出。这例如可以是两个对置的侧面也或者两个相邻的侧面。这优选根据所需的电缆导引情况选择。
在另一个实施方式中，在所述壳体内安置有电池管理系统，其优选通过至少一个具有电能的电池模块被供电。电池管理系统在此可以具有多种任务。例如，电池管理系统可以监测电流并且检测电池状态量值、如电池电荷状态(SoC)、电池健康状态(SoH)等。如果电池模块由多个电池单格组成，则电池管理系统也可以监测各个单格的电压并且进行平衡。此外，也可以实施电池单元的状态信号化，用于例如显示深度放电和/或超出或过低的电压波动或电压极限值。此外，电池管理系统也可以检测结冰或中断的电池单元并且发出信号。因此，电池模块或各个单格的温度也优选被检测。此外，电池管理系统也可以得出理想的电池电压。由此，电池管理系统可以与其它控制设备通信，优选由壳体外的总线接口执行。
在另一个实施方式中，至少一个用于正电压的电池电极配属有可逆的关断元件，所述关断元件安置在所述壳体内并且能够通过所述电池管理系统被控制。关断元件在此可以设计为继电器或者功率半导体开关。通过关断元件，电池单元可以适宜地与连接的消耗器相分离，用于例如避免深度放电。如果由于发电机或外接充电设备而有过载的危险，电池单元相应地也可以适宜地被关闭。
在另一个实施方式中，在所述壳体内安置有至少一个烟幕爆发式分离器，用于将至少一个电池电极与电池模块相分离。烟幕爆发式分离器优选由气囊控制设备触发。在此可以规定，烟幕爆发式分离器和关断元件串联或并联地配属于电池电极。但是，烟幕爆发式分离器也可以安置在壳体的外部。在这种情况下，电缆从电池电极甩出。
在另一个实施方式中，所述电池单元具有至少一个用于正电压的第三电池电极，其在空间上配属于所述第一电池电极。如果例如启动器安置在机动车的后部，则机动车后部内的电气消耗器可以连接在第一电池电极上，并且启动器连接在第三电池电极上。由此省略电缆支线，并且启动器和电气消耗器可以彼此无关地连接。如果例如烟幕爆发式分离器仅配属于第一电池电极，则例如因为电气消耗器是汽油泵，所以也可以将烟幕爆发式分离器设计为较小的尺寸。在这种情况下，启动器线路则可以在必要时通过可逆的关断元件无电压地连接。这例如所具有的优点是，当内部空间的供电(门锁、内部照明)和外部照明没有连接烟幕爆发式分离器时，它们可继续工作。由此可满足法律规定，例如在正面碰撞时，尾灯、刹车灯和警示闪烁灯被供电。在此可以规定，第一和第三电池电极分享用于负电压的共同的电池电极。但可行的是，用于正电压的第三电池电极配有用于负电压的第三电池电极。还可行的是，用于正电压的第一、第二和第三电池电极分别从壳体的不同侧面导出。
一种机动车内的车载电网，其包括至少一个电池单元和电气消耗器，其中，所述电池单元具有至少一个电池模块、用于正电压的电池电极和用于负电压的电池电极。所述电池单元安置在第一电气消耗器和第二电气消耗器之间，其中，所述第一电气消耗器安置在机动车的后部，并且所述第二电气消耗器安置在机动车的前部。在此，所述第一电气消耗器与正电压的电池电极相连，并且所述第二电气消耗器与用于正电压的第二电池电极相连，用于正电压的第二电池电极在空间上与用于正电压的第一电池电极分隔地布置。
在另一个实施方式中，所述电池单元安置在机动车的传动轴通道内，在那里较好地保护电池单元并且没有较高的环境温度。
在此普遍认识到，用于正电压的第一、第二和必要时第三电池电极原则上处于相同的电势。但是也可设想的应用是，电势不同。此外还认识到，电池电极优选设计为销，电缆可以固定在该销上。
以下结合优选实施例进一步阐释本发明。在附图中：
图1示出具有按照本发明的电池单元的机动车车载电网的示意电路图，和
图2示出具有传统电池单元的机动车车载电网的示意电路图。
在进一步阐释本发明之前，首先应结合附图2简短地阐述在使用机动车车载电网100的传统的电池单元10时所出现的问题。在此，电池单元10安置在机动车的传动轴通道20内。电池单元10具有用于电池单元的正电压的电池电极11和用于电池单元的负电压的电池电极12。此外，电池单元10具有壳体13，在壳体内安置至少一个电池模块14和电池管理系统15。电池模块14例如由多个电池单格构成，这些电池单格组成单格区块，其中，单格区块则形成电池模块14。在此，机动车车载电网100具有第一电气消耗器30，所述第一电气消耗器安置在机动车的后侧部分内。在此，机动车车载电网100具有第二电气消耗器40，所述第二电池消耗器安置在机动车的前侧部分内。此外，在机动车的后侧部分内安置有启动器50，用于触发未示出的内燃机。此外在此，用于借助外部电池打开启动器50的辅助启动点位于机动车的前侧部分内。最后，传动轴通道20由玻璃纤维加强的塑料构成。在这种情况下，用于负电压的电池电极12无法简单地设在车辆质量上，而是也必须作为电缆导引到消耗器30、40或启动器50。如图2所示，用于负电压的电池电极12上的电缆16具有两个支线，即一个从电缆17引向第二消耗器40的支线，和一个从电缆18引向第一电气消耗器30的支线。相应地，正电压的电池电极11上的电缆19具有用作引向第二电气消耗器40的电缆21的支线。此外，电缆19还具有用作引向第一电气消耗器30的电缆22的支线。在用于第二电气消耗器40的支线后方，烟幕爆发式分离器60位于在电缆19中，该分离器例如通过气囊控制器借助碰撞信号C触发。
由于启动电流必须流过辅助启动点，所以电缆21的电缆直径必须设计为适合的大小。这会形成相应的重量。此外，较粗的电缆21还导致电池单元10在传动轴通道20内的通风问题。另一个缺点是过多的支线，这造成在电池电极或所属的销上只能分别连接一根电缆。
图1示出具有按照本发明的电池单元10的机动车车载电网100，其中，相同的元件标记为与图2相同的标记。
与根据图2的实施方式相对的是，电池单元10具有用于正电压的第二电池电极70以及用于正电压的第三电池电极71。此外，电池单元10具有用于电池单元10的负电压的第二电池电极72。在此，电池电极11、12、71从壳体13的端侧80伸出，与之相对地，电池电极70、72从壳体13的盖子81伸出。备选地，所有电池电极11、12、70、71、72都可以从盖子71伸出，或者电池电极70、72也可以从壳体13的对置的端侧82伸出。由于第二电池电极70、72，缩短了至第二电气消耗器40的电缆长度。此外，还缓解了通风问题，因为没有电缆在盖子81之上拉伸，使得在传动轴通道20和盖子81之间保留了更多的空间。此外还减少了支线的数量，因为整个电缆16仅有一次分支，用于第一电气消耗器30和启动器50。另外的区别在于，在电池模块14和第二电池电极70之间以及在电池模块14和第三电池电极71之间分别安置有关断元件73、74。附加地，也可以在电池模块14和第一电池电极11之间安置这种关断元件。所述关断元件73、74通过电池管理系统15控制并且例如设计为半导体功率开关或者继电器。通过关断元件可以适宜地中断流入电池模块14的或从电池模块流出的电流，以便例如阻止电池模块14过度放电或者电池模块14过载。在此，关断元件73、74优选如此设计，使得它们在电流故障时保证不会出现忽视电气消耗器30、40的关断。此外，在电池模块14和第一电池电极11之间安置有烟幕爆发式分离器60，其在碰撞事故时将第一电气消耗器30与电池模块14分离。在此，烟幕爆发式分离器60也可以安置在壳体13的外部。在这种情况下，烟幕爆发式分离器60可以比图1中的实施方式具有更小的尺寸，因为烟幕爆发式分离器60不必设计用于较大的启动电流。此外，电池单元10还具有至少一个总线接口75，电池管理系统15可以通过该总线接口与另外的控制器通信。最后，电池单元10还具有至少一个排气装置76，借助该排气装置可以适宜地减小壳体13内的内部压力。所述排气装置76在此可以设计为自动的或者同样被电池管理系统15控制。

Claims (7)

1.一种机动车内的车载电网(100)，其包括至少一个电池单元(10)和电气消耗器(30、40、50)，其中，所述电池单元(10)具有至少一个电池模块(14)、用于正电压的第一电池电极(11)和用于负电压的第一电池电极(12)，其特征在于，所述电池单元(10)安置在第一电气消耗器(30)和第二电气消耗器(40)之间，其中，所述第一电气消耗器(30)安置在机动车的后部，并且所述第二电气消耗器(40)安置在机动车的前部，其中，所述第一电气消耗器(30)与用于正电压的第一电池电极(11)相连，并且所述第二电气消耗器(40)与用于正电压的第二电池电极(70)相连，用于正电压的第二电池电极(70)在空间上与用于正电压的第一电池电极(11)分隔地布置，其中，所述至少一个电池模块(14)安置在壳体(13)内，其中，所述第一电池电极(11、12)和所述用于正电压的第二电池电极(70)从所述壳体(13)伸出，并且所述第一电池电极(11、12)和所述用于正电压的第二电池电极(70)从所述壳体(13)的不同的侧面(80、81、82)伸出。
2.按照权利要求1所述的车载电网，其特征在于，所述电池单元(10)安置在机动车的传动轴通道(20)内。
3.按照权利要求1或2所述的车载电网，其特征在于，所述电池单元(10)具有至少一个用于负电压的第二电池电极(72)，其中，这些第二电池电极(70、72)相邻地布置。
4.按照权利要求1或2所述的车载电网，其特征在于，在所述壳体(13)内安置有电池管理系统(15)。
5.按照权利要求4所述的车载电网，其特征在于，至少一个用于正电压的电池电极(11、70、71)配属有可逆的关断元件(73、74)，所述关断元件(73、74)安置在所述壳体(13)内并且能够通过所述电池管理系统(15)被控制。
6.按照权利要求1或2所述的车载电网，其特征在于，在所述壳体(13)内安置有至少一个烟幕爆发式分离器(60)，用于将至少一个电池电极(11、70、71)与电池模块(14)相分离。
7.按照权利要求1或2所述的车载电网，其特征在于，所述电池单元(10)具有至少一个用于正电压的第三电池电极(71)，所述第三电池电极在空间上配属于所述第一电池电极(11)。
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