CN112054252A - 用于车辆的电池系统的监控组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆(1)的电池系统(2)的监控组件(10)，其具有：至少一个电子的处理器件(20)，该处理器件相应地与电池系统(2)的恰好一个电池单元(3)相关联；在处理器件(20)处的两个电气连接器件(30)，以便使得处理器件(20)冗余地与电池单元(3)的电势电气连接。

Description

用于车辆的电池系统的监控组件
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的电池系统的监控组件。此外本发明涉及一种电池系统。
背景技术
由现有技术已知，在带有电驱动系的车辆中通常应用电池系统作为电储能器。电池系统的电池管理系统(BMS)通常用于监控、调节以及用于保护储能器。电池系统另外可具有多个电池单元组，在这些电池单元组中又联结多个电池单元。
此外，对相应电池单元的安全性的要求可由此提供，即须测量电池单元电压并且监控界限的遵守(尤其过充电和深度放电保护)。根据传统的解决方案，为此可以使得每个电池单元电势(也就是说电池单元的每个电势)的测量导线引导到处理单元(具体地CellModulController，简写为CMC)处。该处理单元能够以这种方式执行监控电池单元模块的多个电池单元。
此外可行的是，该测量导线冗余地来实施，以便尤其将安全性要求从电池单元转移至电池管理系统。然而在该情况下，对于电池系统的布线而言已经广泛的较大的线缆束占用还要更大的尺寸。这增大了必需的结构空间和装配耗费。此外，测量导线的布线和防护在技术上会更加耗费。
由DE 10 2017 004 129 A1和US 2012/00 84 032 A1已知这种类型的装置。
发明内容
因此，本发明的目的是至少部分地消除前述缺点。本发明的目的尤其是提供一种用于监控电池单元的改进方案。
前述目的通过带有权利要求1的特征的监控组件以及通过带有权利要求8的特征的电池系统来实现。本发明的另外特征和细节由相应的从属权利要求、说明书和附图得到。在此，关联于根据本发明的监控组件所描述的特征和细节关联于本发明的电池系统自然也适用，并且分别反之亦然，使得关于对于各个发明方面的公开内容始终能够相互参考。
该目的尤其通过用于车辆的电池系统的监控组件来实现。在此尤其设置成，监控组件具有如下部件：
- 至少一个或多个电子的处理器件，其相应与电池系统的恰好(即仅仅)一个电池单元相关联，尤其用于监控所关联的电池单元；
- 在(相应的)处理器件处的(至少)两个(尤其并行的)电气连接器件，以便使得(相应的)处理器件冗余地与(相应关联的)电池单元的电势电气连接，优选地以便借助该电势执行监控。
在此能够可行的是，电池系统的电池单元和处理器件成对地彼此关联，即在处理器件与电池单元之间存在1:1的关联。因此在多个处理器件的情形中这些处理器件能够与电池系统的不同电池单元相关联。此外可以在处理器件处设置(例如固定或布置)至少两个电气连接器件，以便为连接提供冗余。为此可以使得连接器件例如并联，以便并行地提供相同的功能。由此可以提高在监控时的可靠性。用于电势分接的(并行的)连接器件的数量可以通过冗余度来定义，并且可选地提高至三个或四个连接器件。如果用于冗余的电压分接的例如两个不同的电势与处理器件连接，也可以设置另外的至少两个(或三个或四个尤其并行的)连接器件。然而对于每个处理器件的连接器件的绝对数量可由此减少，即相应的处理器件仅关联有一个而不是多个电池单元。这使得能够减少用于装配的所需的结构空间和耗费。
特别有利的是，如果相应的处理器件靠近电池单元地设置，即直接地或者仅以较小的间距(例如小于电池单元本身的最大延长量)布置在关联的电池单元处，尤其固定在电池单元处。连接器件因此能够仅在较小的距离上提供电气连接。这具有优点，即，对于连接器件只需要较小的空间需求，并且因此可以通过靠近电池单元的连结减小线缆束。
此外可设置成，连接器件相应地实施为电导体(导线)，优选绞合线或线缆等。由此可以把相应的连接器件实施成等电势。也能够可行的是，与电池单元的相通电势连接的至少两个(并行的)连接器件始终都具有相等的电势。
有利地，相应的处理器件可以具有至少一个处理单元，比如微控制器和/或芯片和/或集成电路或者相应地具有其一部分，并且由此例如为电池单元提供数字处理和/或电压测量和/或电压监控。因此处理器件可至少部分地实现监控电池单元。连接器件在此可以固定地与处理器件连接(例如实施为微控制器的引脚)或者实施为单独的导线等。另外，处理器件必要时也可以具有处理单元中的至少两个，其中，例如一个被利用于经由连接器件测量电池单元电压，而另一个被利用于监控和/或评估该测量。
此外根据本发明的监控组件可实施成在电池单元层面上提供冗余的电池单元电压监控。由此可以代替传统的带有CMC的架构而使每个(尤其串联的)电池单元配备有一个自己的处理器件。关于这点也可以说成，电池系统具有单个电池单元-BMS-架构(BMS是电池管理系统的简写)。通过靠近电池单元地布置处理器件，能够以明显更短的测量导线或者甚至在省去测量导线的情况下实现处理器件与电池单元联接极的电气接触。此外可以利用减小的线缆束实施在电池单元层面上的冗余的电压分接。此外，根据本发明的另一可选设计方案，通过把功能“电压测量”和“遵守电压界限”集成到布置在电池单元处的一个或多个处理器件上，冗余的电压分接或者说冗余的测量导线可以不用防护地实施。
此外可设置成，处理器件能够通过使用电化学阻抗谱(EIS)来确定电池单元的温度，优选平均的内部电池单元温度。由此不再需要经由单独的温度传感器的测量。
此外有利的是，车辆设计为机动车，尤其无轨陆用机动车，例如设计为包括用于牵引的内燃机和电机的混合动力车辆，或者设计为纯电动车辆，优选地带有高压-车载网络和/或电动机。车辆尤其可以构造为燃料电池车辆和/或乘用车。优选地，在电动车辆的实施形式中，在车辆中未设置内燃机，那么车辆仅仅通过电能予以驱动。电机(E-马达)还可以是电驱动系的一部分，其中，电驱动系通过储能器例如可再充电的电池系统来供应以能量。
此外可设置成，该至少一个处理器件包括至少两个或至少四个或至少12个处理器件，这些处理器件与电池系统的不同的电池单元相关联。优选地，电池系统的电池单元中的每个都可以关联有自己的处理器件。这使得能够明显降低通过连接器件接线的耗费。
另外可设置成，设置多个处理器件，其相应地仅与电池系统的电池单元中的唯一一个相关联，且相应具有至少两个用于相应关联的电池单元的每个电势的连接器件。换句话说，电池单元的每个电势都可以与所关联的处理器件冗余地连接。这使得能够例如通过处理器件监控电池单元电压。
可选地可设置成，连接器件相应地实施为电气触点，以便尤其相应地直接在(所关联的)电池单元的电池单元联接极与(所附属的)处理器件之间建立电气连接。换句话说，该连接可以仅通过接触点并且因此也不用导线地建立。备选地，连接器件可以相应地实施为测量导线，且必要时也经由安全性元件建立连接。为此将安全性元件例如以过载-和/或过电流保护的形式例如集成在相应的连接器件的电流路径中。对于这两个变体，可以获得优点，即连接器件具有最大的延长量，该延长量小于在电池系统的两个相邻的电池单元之间的间距并且/或者小于在电池单元模块的相距最远的电池单元之间的间距。在构造为触点的情况中，连接器件的延长量甚至可以基本上为0，并且/或者连接器件直接经由触点不用导线地接触电池单元或者说电池单元联接极。由此提供特别节省空间的结构方式。
可选地能够可行的是，在该至少一个处理器件处相应设置两个另外的(尤其并行布置的)连接器件，以便使得(相应的)处理器件冗余地与电池单元的另一电势电气连接，以便(尤其与在该处理器件处的其他的连接器件一起)为处理器件提供电池单元的电压的电压分接。以该方式可以进一步改善监控，例如监控电池单元电压。
根据另一可行方案可设置成，处理器件相应地实施成借助冗余的电气连接执行电池单元的电压的电压测量。由此能够可靠地监控电池单元，以便例如探测由电压超过界限值。这种探测例如可以通过导线从处理器件通报至电池管理系统(BMS)处，以便触发安全性行动(比如使得电池单元解除激活)。
此外在本发明的范围内可设置成，处理器件相应地实施成用于借助电压测量来监控由电池单元遵守至少一个电压界限。在未遵守的情况下，例如可以进行故障探测，其经由与BMS的通讯来通知。这又可以导致至少一个另外的安全性动作。
有利地在本发明中可设置成，处理器件相应地直接固定在电池单元处。这实现监控组件的特别节省空间的构造。
另外可设置成，在处理器件处相应地设置两个(尤其并行的)导线，以便使得(相应的)处理器件冗余地与电池管理系统连接。这些导线例如相应地实施为电导体等，以便冗余地将信息从处理器件传递至BMS处。这些信息尤其涉及监控(尤其仅仅恰好一个)电池单元，且例如可以特定于电池单元的电压大小和/或电流大小和/或温度。
本发明的内容同样是一种用于车辆的电池系统，其具有：
- 至少一个电池单元；
- 至少一个电子的处理器件，其相应地与至少一个电池单元中的恰好一个相关联；
- 在(相应的)处理器件处的(至少)两个(尤其并行的)电气连接器件，以便使得(相应的)处理器件冗余地与(相应)关联的电池单元的电势电气连接。
根据本发明的电池系统由此带来了如已经参考根据本发明的监控组件详细描述过的相同的优点。此外，电池系统的处理器件和连接器件可以按照根据本发明的监控组件来构造。
此外可考虑，该至少一个电池单元包括多个电池单元，并且在电池单元与相应关联的处理器件之间的间距小于在电池单元彼此之间的间距。换句话说，(相应的)处理器件与恰好一个电池单元的关联可以由此实现，即处理器件与所关联的电池单元相隔一间距地布置，该间距小于电池单元彼此之间的间距。由此实现靠近电池单元的布置。
优选地可设置成，该至少一个电池单元包括至少4个或者至少12个或者至少100个或者至少200个电池单元，这些电池单元相应具有根据本发明的监控组件，使得监控组件的(多个)连接器件优选地成对地(并行地)与相应的电池单元的相同的电势连接，尤其以便成对地使得电势与相应关联的处理器件连接。由此可以保证广泛地且尤其完全地监控电池系统的电池单元。
附图说明
本发明的其它优点、特征和细节由后续的说明书得到，在该说明书中参照附图详细地描述了本发明的实施例。在此，在权利要求书和说明书中提到的特征能够相应单独地或者在任意组合中是对于本发明重要的。其中相应地：
图1以透视图示意性地示出带有根据本发明的监控组件的电池系统的棱柱形的电池单元；
图2以透视图示意性地示出带有根据本发明的监控组件的电池系统的圆形电池单元；
图3以侧视图示意性地示出带有根据本发明的监控组件的电池系统的袋式-电池单元；
图4以侧视图示意性地示出带有根据本发明的监控组件的电池系统的袋式-电池单元；
图5示意性地示出根据本发明的监控组件的各部分；
图6示意性地示出车辆的根据本发明的电池系统。
具体实施方式
在下面的图中针对不同实施例的相同技术特征也应用相同的附图标记。
在图1至6中示出用于车辆1的电池系统2的根据本发明的监控组件10。在此可看到，设置至少一个电子的处理器件20，其(相应地)与电池系统2的恰好一个电池单元3相关联。例如处理器件20可以直接固定在电池单元3处。另外，在(相应的)处理器件20处的两个并行的电气连接器件30可以提供电气接触，通过其使得处理器件20冗余地与电池单元3的(相同的)电势电气连接。两个连接器件30可以并行地具有相同的功能，并且以相同的方式(以相等的电势)提供电气连接，使得相应地存在冗余。示例性地在图1至5中示出的是，两个并行的电气连接器件30与电池单元3的相同的电势“-”冗余地连接。此外，两个另外的(并行的)电气连接器件30与相同的电势“+”连接。以这种方式可以提供冗余的电压分接，在其中对于每个电势相应地设置两个连接器件30。可认识到的是，以这种方式可以通过总共至少四个连接器件30来提供冗余的电压分接。相应地，处理器件20可以相应地实施成借助冗余的电气连接执行电池单元3的电压的冗余电压测量，且必要时借助该电压测量来监控由电池单元3遵守至少一个电压界限。
根据图1至4，连接器件30可以相应地实施为测量导线。在此，也可以经由安全性元件50来建立电气连接，以便由此在连接器件30的电流路径上提供过载和/或过电流保护。如图5中所示，连接器件30此外可以相应地实施为电气触点，以便相应地直接在电池单元3的电池单元联接极4与处理器件20之间建立电气连接。
此外图1中示出，处理器件20分别与两个(并行布置的)导线40连接，使得处理器件20冗余地与电池管理系统5连接。换句话说，导线40设置在处理器件20处，以便以相同的方式且以相同的功能(并且由此冗余地)为处理器件20提供与电池管理系统5的连接。这种连接使得能够例如与BMS 5通讯并且/或者将故障探测通报给BMS 5。
在图6中示意性地示出用于车辆1的电池系统2，在其中多个电池单元3串联地安排在电池单元模块6中。另外示出了至少一个电子的处理器件20，其相应地与至少一个电池单元3中的恰好一个相关联。具体地，在所示出的示例中，电池单元3中的每个都关联有恰好一个电子的处理器件20。另外，可以在(相应的)处理器件20处设置两个电气连接器件30，以便使得相应的处理器件20冗余地与所关联的电池单元3的电势电气连接。在此能够可行的是，电池单元3的每个电势都与连接器件30中的至少两个连接。
另外可看出，该至少一个电池单元3包括多个电池单元3，并且电池单元3与相应关联的处理器件20之间的间距小于电池单元3彼此之间的间距A。
对实施形式的前述阐述仅仅在示例的范围内描述了本发明。自然，只要在技术上有意义，这些实施形式的各个特征可以自由地相互组合，而不离开本发明的范围。
附图标记清单：
1 车辆
2 电池系统
3 电池单元
4 电池单元联接极
5 电池管理系统
6 电池单元模块
10 监控组件
20 处理器件
30 连接器件
40 导线
50 安全性元件
A 间距。

Claims (10)

1.用于车辆(1)的电池系统(2)的监控组件(10)，具有：
- 至少一个电子的处理器件(20)，所述处理器件相应地与所述电池系统(2)的恰好一个电池单元(3)相关联；
- 在所述处理器件(20)处的两个电气连接器件(30)，以便使得所述处理器件(20)冗余地与所述电池单元(3)的电势电气连接。
2.根据权利要求1所述的监控组件(10)，其特征在于，所述连接器件(30)相应地实施为电气触点，以便相应地直接在所述电池单元(3)的电池单元联接极(4)与所述处理器件(20)之间建立电气连接。
3.根据权利要求1或2所述的监控组件(10)，其特征在于，在至少一个所述处理器件(20)处相应地设置两个另外的连接器件(30)，以便使得所述处理器件(20)冗余地与所述电池单元(3)的另一电势电气连接，以便为所述处理器件(20)提供所述电池单元(3)的电压的电压分接。
4.根据前述权利要求中任一项所述的监控组件(10)，其特征在于，所述处理器件(20)相应地实施成借助于冗余的电气连接执行所述电池单元(3)的电压的电压测量。
5.根据权利要求4所述的监控组件(10)，其特征在于，所述处理器件(20)相应地实施成借助于所述电压测量来监控由所述电池单元(3)遵守至少一个电压界限。
6.根据前述权利要求中任一项所述的监控组件(10)，其特征在于，所述处理器件(20)相应地直接固定在所述电池单元(3)处。
7.根据前述权利要求中任一项所述的监控组件(10)，其特征在于，在所述处理器件(20)处相应设置两个导线(40)，以便使得所述处理器件(20)冗余地与电池管理系统(5)连接。
8.用于车辆(1)的电池系统(2)，具有：
- 至少一个电池单元(3)；
- 至少一个电子的处理器件(20)，所述处理器件相应地与至少一个所述电池单元(3)中的恰好一个相关联；
- 在所述处理器件(20)处的两个电气连接器件(30)，以便使得所述处理器件(20)冗余地与关联的所述电池单元(3)的电势电气连接。
9.根据权利要求8所述的电池系统(2)，其特征在于，至少一个所述电池单元(3)包括多个电池单元(3)，并且在所述电池单元(3)与相应关联的所述处理器件(20)之间的间距小于在所述电池单元(3)彼此之间的间距(A)。
10.根据权利要求8或9所述的电池系统(2)，其特征在于，至少一个所述电池单元(3)包括至少4个或者至少12个或者至少100个或者至少200个电池单元(3)，所述电池单元相应具有根据权利要求1至7中任一项所述的监控组件(10)，使得所述监控组件(10)的连接器件(30)成对地与相应的所述电池单元(3)的相同的电势连接。
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