CN112186277A - 用于机动车的电池模块以及机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的电池模块，所述电池模块包括至少一个电池单元、负极、正极、与所述至少一个电池单元电串联连接并且具有至少一个能操控的开关元件的开关单元以及用于对所述至少一个开关元件进行操控的管理系统。设置了保持线路，所述保持线路如此与所述管理系统并且与所述开关单元相连接，使得所述管理系统的操控信号能够通过所述保持线路来传输给所述开关单元，并且所述保持线路如此构成，从而在所述保持线路的有效的状态中所述管理系统的用于断开至少一个开关元件的操控信号能够以时间延迟来传输给所述开关单元。本发明也涉及一种机动车，所述机动车包括按本发明的电池模块。

Description

用于机动车的电池模块以及机动车
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的电池模块，该电池模块包括至少一个电池单元、负极、正极、与所述至少一个电池单元电串联连接并且具有至少一个能操控的开关元件的开关单元以及用于对所述至少一个开关元件进行操控的管理系统。本发明也涉及一种包括按本发明的电池模块的机动车。
背景技术
常规的机动车具有驱动装置，该驱动装置通常包括燃烧马达。此外，常规的机动车包括用于向机动车的起动器及其他负载供给电能的电池模块以及用于给电池模块充电的发电机。所述类型的电池模块包括具有至少一个、优选多个电池单池的电池单元，所述电池单池比如被串联连接，使得所述电池模块具有比如12V、24V或48V的标称电压。所述电池单池比如是锂离子电池单池。
所述类型的电池模块也包括开关单元，借助于该开关单元能够接通所述电池单元、也就是说将其与机动车的车载电路连接起来并且能够切断所述电池单元、也就是说将其与车载电路分开。如果所述电池单元被接通，则在所述电池模块的正极与负极之间加载着所提到的、由电池单池提供的标称电压。所述开关单元为此具有开关元件，该开关元件比如被构造为机电的继电器或者接触器并且该开关元件能够通过相应的操控来断开并且闭合。
此外，所述类型的电池模块包括管理系统，该管理系统用于监控电池单元并且用于操控开关单元。通过由所述管理系统进行的相应的操控，能够断开所述开关单元的开关元件，由此切断所述电池单元，并且能够将所述开关单元的开关元件闭合，由此接通所述电池单元。
通常如此设计所述开关单元和所述管理系统，从而为了将所述开关元件闭合而将相应的呈操控电压的形式的操控信号由管理系统传输给开关单元。只要所述操控电压加载在开关单元上，所述开关元件就保持闭合。如果所述开关单元上的操控电压下降，则将所述开关元件断开。
在所述管理系统比如由于该管理系统中的微控制器的复位而短时间失灵时，所述开关单元上的操控电压下降。这引起所述开关元件被断开，由此所述电池单元被切断。也就是所述电池单元与车载电路分开，直至所述管理系统又完全处于运行中并且所述操控电压又加载在开关单元上。
发明内容
提出一种用于机动车、尤其是用于具有燃烧马达的机动车的电池模块。所述电池模块包括至少一个电池单元，所述电池单元优选包括多个电池单池，所述电池单池在电池单元的内部不仅能够串联地而且能够并联地彼此连接。所述电池单池优选被构造为锂离子电池单池。
所述电池模块也包括负极和正极。在安装到机动车中时、也就是在连接到机动车的车载电路上时，所述电池模块的两个极与机动车的相应的接头电连接。在所述机动车的车载电路上的电池模块运行时，在所述极之间加载着比如48V的标称电压。
此外，所述电池模块包括开关单元，该开关单元与至少一个电池单元串联地电连接。借助于所述开关单元，能够将所述至少一个电池单元尤其与两个极电连接起来并且与所述极中的至少一个极在电方面分开。为此，所述开关单元具有至少一个能操控的开关元件。
所述电池模块也包括管理系统。所述管理系统尤其用于监控电池单元的电池单池并且用于操控开关单元的至少一个开关元件。为了操控至少一个开关元件，由所述管理系统将相应的操控信号传输给开关单元。
按照本发明，设置了保持线路，该保持线路如此与管理系统并且与开关单元相连接，使得所述管理系统的操控信号能够通过保持线路来传输给开关单元。所述保持线路在此如此构成，从而在所述保持线路的有效的状态中所述管理系统的、用于断开至少一个开关元件的操控信号能够以时间延迟来传输给开关单元。
按照本发明的一种优选的设计方案中，所述保持线路如此构成，从而在所述保持线路的惰性的状态中所述管理系统的、用于断开至少一个开关元件的操控信号能够无延迟地传输给开关单元。
按照本发明的一种有利的拓展方案，所述保持线路包括激活输入端。在此，所述保持线路能够通过激活信号加载到激活输入端上的方式来置于有效的状态中。此外，所述保持线路能够通过钝化信号加载到激活输入端上的方式来置于惰性的状态中。
按照本发明的一种有利的设计方案，所述保持线路如此构成，使得所述管理系统的、用于将至少一个开关元件闭合的操控信号能够无延迟地传输给开关单元。
优选所述保持线路包括操控输入端，该操控输入端与所述管理系统相连接并且所述管理系统的、用于将开关单元的至少一个开关元件断开以及闭合的操控信号能够传输给该操控输入端。优选所述保持线路也包括操控输出端，该操控输出端与所述开关单元相连接并且用于将开关单元的至少一个开关元件断开以及闭合的操控信号能够由该操控输出端传输给开关单元。在此，所述保持线路的操控输入端和操控输出端优选借助于二极管来彼此连接。
按照本发明的一种优选的设计方案，所述开关单元包括第一开关元件，该第一开关元件被构造为MOSFET并且该第一开关元件具有第一触点间隔以及与所述第一触点间隔并联连接的第一反向二极管。此外，所述开关单元包括第二开关元件，该第二开关元件同样被构造为MOSFET并且该第二开关元件具有第二触点间隔以及与所述第二触点间隔并联连接的第二反向二极管。也被称为体二极管的反向二极管在每个MOSFET中由于其内部结构而产生并且不是显性的构件。
在此，所述开关元件优选如此串联地被电连接在开关单元的第一连接点与第二连接点之间，使得所述开关元件的反向二极管电反串联地连接。在此，所述第一连接点比如与至少一个电池单元相连接，并且所述第二连接点比如与正极相连接。
按照本发明的一种有利的设计方案，所述开关单元的两个开关元件在此能够彼此独立地操控。
优选所述开关单元的两个开关元件如此被连接，从而能够通过所述第一反向二极管来实现流经所述开关单元的、用于给至少一个电池单元进行充电的通过电流，并且能够通过所述第二反向二极管来实现流经开关单元的、用于给至少一个电池单元放电的通过电流。
按照本发明的一种优选的设计方案，所述管理系统、所述开关单元和所述保持线路如此被连接，从而在所述保持线路的有效的状态中所述管理系统的、用于断开第一开关元件的操控信号能够以时间延迟来传输给开关单元，并且所述管理系统的用于断开第二开关元件的操控信号能够无延迟地传输给开关单元。
也提出一种机动车。按本发明的机动车在此包括至少一个按本发明的电池模块。
本发明的优点，在按本发明的电池模块中，所述管理系统的呈操控电压的形式的操控信号在所述时间延迟的持续时间的期间能够得到保持。在所述管理系统上的操控电压短时间下降时，所述开关单元上的操控电压仍然在所述时间延迟的期间得到保持。如果所述时间延迟的持续时间大于或者等于所述管理系统的微控制器为进行复位而需要的持续时间，那么所述开关单元上的操控电压就尤其在微控制器的复位的期间得到保持。由此，所述开关单元的开关元件在微控制器的复位的期间保持闭合并且所述电池单元保持接通。由此，能够继续通过所述电池模块的极向所述机动车的车载电路供给电压。尤其所述机动车的、被连接到车载电路上的与安全相关的组件由此保持连贯可用并且没有在微控制器的复位的期间短时间地失灵。
如果在惰性的运行状态中-在所述惰性的运行状态中所述管理系统的操控电压无延迟地被传输给开关单元-运行所述保持线路时，也能够进行所述电池模块的自检。尤其在对所述电池模块的与安全相关的切断路径进行自检时，能够对所述开关单元及开关元件的功能进行测试。
如果所述开关单元具有两个被构造为MOSFET的、带有反串联地连接的反向二极管，那就能够单独地控制用于给电池单元充电以及放电的通过电流。尤其在此在微控制器的复位的期间能够实现用于给电池单元放电的通过电流，由此继续保证对于车载电路的供给。同时，在微控制器的复位的期间能够防止用于给电池单元充电的通过电流，由此保证了所述电池模块的固有安全性。
附图说明
本发明的实施方式借助于附图和以下描述进行详细解释。
图1示出了电池模块的示意图；
图2示出了保持线路的示意图；并且
图3示出了开关单元的示意图。
具体实施方式
在本发明的实施方式的以下描述中，相同的或者类似的元件用相同的附图标记来表示，其中在个别情况中放弃对于这些元件的重复描述。附图仅仅示意性地示出了本发明的主题。
图1示出了一种用于机动车的电池模块5的示意图。所述电池模块5包括带有多个彼此串联连接的电池单池的电池单元2。所述电池单池在此被构造为锂离子电池单池。所述电池单元2在电方面布置在正端子12与负端子11之间。
由所述电池单元2的电池单池提供的比如48V的电压因此加载在正端子12与负端子11之间。所述电池模块5也包括负极21和正极22。所述负端子11与所述负极21电连接。
所述电池模块5与机动车的这里未示出的车载电路相连接。如果充电电流从正极22通过电池单元2流往负极21，就给所述电池单元2的电池单池充电。如果放电电流从负极21通过电池单元2流往正极22，那就给所述电池单元2的电池单池放电。
所述电池模块5包括开关单元60。所述开关单元60具有第一连接点65和第二连接点66。所述开关单元60的第一连接点65与正端子12电连接。所述开关单元60的第二连接点66与正极22电连接。因此，所述开关单元60被电串联地连接在正极22与正端子12之间。由此，所述开关单元60相对于电池单元2串联地被电连接在极21、22之间。
所述电池模块5也包括用于对所述电池单元2的电池单池进行控制和监控的管理系统30。所述管理系统30此外用于控制开关单元60。尤其所述管理系统30用于操控开关单元60的至少一个在这里未示出的开关元件61、62。
此外，所述电池模块5包括保持线路40。所述保持线路40包括激活输入端44。所述保持线路40通过激活信号加载到激活输入端44上的方式能够置于有效的状态中。所述保持线路40通过钝化信号加载到激活输入端44上的方式能够置于惰性的状态中。所述激活输入端44在此与所述管理系统30相连接。
所述保持线路40包括与所述管理系统30相连接的操控输入端41以及与开关单元60的第一控制输入端75相连接的操控输出端42。所述管理系统30的、用于断开并且用于闭合开关单元60的第一开关元件61的操控信号由管理系统30来传输给保持线路40的操控输入端41。
如果所述保持线路40处于有效的状态中，则能够将用于将开关单元60的第一开关元件61断开的操控信号以时间延迟由保持线路40的操控输出端42传输给开关单元60的第一控制输入端75。
如果所述保持线路40处于惰性的状态中，则能够将用于将开关单元60的第一开关元件61断开的操控信号无延迟地由保持线路40的操控输出端42传输给开关单元60的第一控制输入端75。
所述管理系统30的、用于将开关单元60的第一开关元件61闭合的操控信号在此始终、也就是在不取决于所述保持线路40处于何种状态中的情况下无延迟地由保持线路40的操控输出端42传输给开关单元60的第一控制输入端75。
所述开关单元60的第二控制输入端76与管理系统30相连接。所述管理系统30的、用于将开关单元60的第二开关元件62断开以及闭合的操控信号由所述管理系统30立即被传输给开关单元60的第二控制输入端76。所述管理系统30的、用于将第二开关元件62断开以及闭合的操控信号由此在不取决于保持线路40的情况下无延迟地被传输给开关单元60。
图2示出了保持线路40的示意图。所述保持线路40如已经提到的那样包括操控输入端41、操控输出端42和激活输入端44。所述保持线路40的操控输入端41和操控输出端42借助于二极管43来彼此连接。
所述保持线路40包括第一半导体开关T1、第二半导体开关T2和第三半导体开关T3。所述半导体开关T1、T2、T3分别被构造为MOSFET。所述半导体开关T1、T3在此被构造为n信道MOSFET，所述半导体开关T2在此则被构造为p信道MOSFET。
所述第一半导体开关T1的门极-接头与激活输入端44相连接。所述第一半导体开关T1的门极-接头也通过上拉电阻RP与比如提供5V的电压的第一电压源V1相连接。
所述第一半导体开关T1的源极-接头与地相连接。所述第一半导体开关T1的漏极-接头通过由第一电阻R1和第二电阻R2构成的串联线路与比如提供12V的电压的第二电压源V2相连接。
所述第二半导体开关T2的门极-接头与处于第一电阻R1与第二电阻R2之间的第一节点K1相连接。
所述第二半导体开关T2的源极-接头与第二电压源V2相连接。所述第二半导体开关T2的漏极-接头通过由第三电阻R3和第四电阻R4构成的串联线路与地相连接。
所述第三半导体开关T3的门极-接头与处于第三电阻R3与第四电阻R4之间的第二节点K2相连接。
所述第三半导体开关T3的源极-接头与操控输出端42并且与二极管43相连接。所述第三半导体开关T3的漏极-接头通过由输出电阻RA和输出电容器CA构成的并联线路与地相连接。
如果所述激活输入端44与地相连接，那么所述保持线路40就被去除激活并且所述操控输出端42上的信号没有得到保持。
如果在所述激活输入端44上加载比如5V的电压，那么所述保持线路40就被激活并且所述操控输出端42上的信号得到保持。所述时间延迟在此取决于输出电容器CA和输出电阻RA的数值。
如果高阻抗地操控所述激活输入端44，这会在所述管理系统30中的微控制器复位时出现，那么所述第一半导体开关T1的门极-接头上的电压就通过上拉电阻RP被拉到比如5V的电压上。由此，所述保持线路40被激活并且所述操控输出端42上的信号得到保持。
图3示出了开关单元60的示意图。所述开关单元60尤其具有第一开关元件61和第二开关元件62。所述第一开关元件61和第二开关元件62在此被电串联地连接到开关单元60的第一连接点65和第二连接点66之间。
所述第一开关元件61被构造为MOSFET。所述第一开关元件61具有能操控的第一触点间隔71以及第一反向二极管73。所述第一反向二极管73与能操控的第一触点间隔71电并联地连接。也被称为体二极管的第一反向二极管73对朝一个方向的通过电流来说是传导的并且阻止朝相反方向的通过电流。
所述第二开关元件62被构造为MOSFET。所述第二开关元件62具有能操控的第二触点间隔72以及第二反向二极管74。也被称为体二极管的第二反向二极管74与能操控的第二触点间隔72电并联地连接。所述第二反向二极管74对朝一个方向的通过电流来说是传导的并且阻止朝相反方向的通过电流。
所述两个开关元件61、62如此布置在开关单元60的内部，使得所述两个反向二极管73、74被电反串联地连接。按照所述开关单元60的当前的、在图1所示的电池模块5中的布置，通过所述第一反向二极管73能够产生流经开关单元60的、用于给电池单元2充电的通过电流。通过所述第二反向二极管74能够产生流经开关单元60的、用于给电池单元2放电的通过电流。
所述开关单元60的第一控制输入端75与被构造为MOSFET的第一开关元件61的、在这里未示出的门极-接头相连接，通过相应的信号加载到第一控制输入端75上，能够操控所述第一触点间隔71。
所述开关单元60的第二控制输入端76与被构造为MOSFET的第二开关元件62的、在这里未示出的门极-接头相连接，通过相应的信号加载到第二控制输入端76上，能够操控所述第二触点间隔72。
由此，能够彼此独立地通过相应的信号加载到开关单元60的两个控制输入端75、76上的方式来操控所述两个开关元件61、62。
本发明不局限于这里所描述的实施例以及在其中所强调的方面。更确切地说，在通过权利要求所说明的范围之内，能够实现大量的处于本领域的技术人员的处理范围之内的改动方案。

Claims (10)

1.用于机动车的电池模块（5），包括
至少一个电池单元（2）；
负极（21）、正极（22）；
开关单元（60），所述开关单元与所述至少一个电池单元（2）电串联连接并且具有至少一个能操控的开关元件（61、62）；以及
用于对所述至少一个开关元件（61、62）进行操控的管理系统（30）；
其特征在于，
设置了保持线路（40），所述保持线路如此与所述管理系统（30）并且与所述开关单元（60）相连接，使得所述管理系统（30）的操控信号能够通过所述保持线路（40）来传输给所述开关单元（60），并且
所述保持线路如此构成，从而在所述保持线路（40）的有效的状态中所述管理系统（30）的用于断开至少一个开关元件（61、62）的操控信号能够以时间延迟来传输给所述开关单元（60）。
2.根据权利要求1所述的电池模块（5），其特征在于，所述保持线路（40）如此构成，从而在所述保持线路（40）的惰性的状态中所述管理系统（30）的、用于断开至少一个开关元件（61、62）的操控信号能够无延迟地传输给所述开关单元（60）。
3.根据权利要求2所述的电池模块（5），其特征在于，所述保持线路（40）包括激活输入端（44），其中所述保持线路（40）能够通过激活信号加载到所述激活输入端（44）上的方式来置于有效的状态中，并且其中所述保持线路（40）能够通过钝化信号加载到所述激活输入端（44）上的方式来置于惰性的状态中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块（5），其特征在于，所述保持线路（40）如此构成，使得所述管理系统（30）的、用于将至少一个开关元件（61、62）闭合的操控信号能够无延迟地传输给所述开关单元（60）。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块（5），其特征在于，所述保持线路（40）包括：操控输入端（41），所述操控输入端与所述管理系统（30）相连接并且所述管理系统（30）的操控信号能够传输给所述操控输入端；以及操控输出端（42），所述操控输出端与所述开关单元（60）相连接并且操控信号能够由所述操控输出端传输给所述开关单元（60），
其中所述操控输入端（41）和所述操控输出端（42）借助于二极管（43）来彼此连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块（5），其特征在于，所述开关单元（60）包括：第一开关元件（61），所述第一开关元件被构造为MOSFET并且所述第一开关元件具有第一触点间隔（71）以及与所述第一触点间隔（71）并联连接的第一反向二极管（73）；以及第二开关元件（62），所述第二开关元件被构造为MOSFET并且所述第二开关元件具有第二触点间隔（72）以及与所述第二触点间隔（72）并联连接的第二反向二极管（74），其中
所述开关元件（61、62）如此被电串联地连接到第一连接点（65）与第二连接点（66）之间，使得所述开关元件（61、62）的反向二极管（73、74）被电反串联地连接。
7.根据权利要求6所述的电池模块（5），其特征在于，所述开关元件（61、62）能够彼此独立地操控。
8.根据权利要求6到7中任一项所述的电池模块（5），其特征在于，所述开关元件（61、62）如此被连接，从而能够通过所述第一反向二极管（73）来实现流经所述开关单元（60）的、用于给至少一个电池单元（2）充电的通过电流，并且能够通过所述第二反向二极管（74）来实现流经所述开关单元（60）的、用于给至少一个电池单元（2）放电的通过电流。
9.根据权利要求6到8中任一项所述的电池模块（5），其特征在于，所述管理系统（30）、所述开关单元（60）和所述保持线路（40）如此被连接，从而在所述保持线路（40）的有效的状态中所述管理系统（30）的、用于断开第一开关元件（61）的操控信号能够以时间延迟来传输给所述开关单元（60），并且所述管理系统（30）的用于断开第二开关元件（62）的操控信号能够无延迟地传输给所述开关单元（60）。
10.机动车，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的电池模块（5）。
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