用于檢測電池組件的裝置和方法及電池、電池系統(tǒng)和車輛的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于檢測一種電池組件的裝置和方法以及電池、電池系統(tǒng)和車輛。
【背景技術(shù)】
[0002]可看出的是，不僅對(duì)固定的應(yīng)用、例如風(fēng)力發(fā)電設(shè)備來說，而且對(duì)移動(dòng)的應(yīng)用、例如電機(jī)動(dòng)車(電動(dòng)汽車，EV)或者混合動(dòng)力車輛(混合電動(dòng)汽車，HEV)來說，例如具有鋰離子蓄電池、鋰聚合物蓄電池或者鎳金屬氫化物蓄電池的越來越多的新的電池系統(tǒng)作為能再充電的電儲(chǔ)能器(EES)而將得到應(yīng)用。
[0003]所述電池系統(tǒng)必須滿足很高的要求，所述要求是關(guān)于能夠使用的能量內(nèi)容、充電/放電效率、可靠性、壽命和不期望的由于頻繁的部分放電而來的容量損失。此外，電池系統(tǒng)必須滿足很高的安全性要求并且適應(yīng)嚴(yán)格的法律規(guī)定。
[0004]—種電池系統(tǒng)包括多個(gè)電池單元。由于其單元內(nèi)電阻和出現(xiàn)的電化學(xué)過程，所述電池單元在充電和放電期間被加熱。所述電池單元能夠例如借助于多個(gè)電池連接器而串聯(lián)(系列)地連接，以便提高電壓，并且/或者并聯(lián)地連接，以便提高最大的電流。在這種情況中，能夠?qū)⑺鲭姵貑卧喜殡姵貑挝换蛘唠姵啬K。在用于驅(qū)動(dòng)車輛的應(yīng)用情況下，能夠例如串聯(lián)或者并聯(lián)地連接大約100個(gè)電池單元(作為牽引電池)。在高壓電池系統(tǒng)的情況下，總電壓因此例如能夠計(jì)為450V或者甚至600V。
[0005]在車輛的一種混合傳動(dòng)系中，運(yùn)行一種具有很高的動(dòng)力性能的鋰離子高功率電池單元。例如在通過在制動(dòng)時(shí)回收制動(dòng)能量或者在加速時(shí)支持升壓而產(chǎn)生的短時(shí)的峰值負(fù)載期間，所述電池單元必須在很短的時(shí)間中接收(在充電時(shí))或者釋放(在放電時(shí))很高的功率。由于所述電池單元的內(nèi)電阻，所述較短的峰值負(fù)載導(dǎo)致電池單元的顯著的加熱。所述電池單元的效率在充電或者放電時(shí)是很高的(大約95%);然而不能夠忽視在這種情況中產(chǎn)生的廢熱。在牽引功率例如60KW的情況下，5%的損失就出現(xiàn)3KW的損失功率。此外，例如在夏季月份或者在較熱的區(qū)域中，能夠計(jì)為40°C及更高的溫度能夠位于允許的溫度范圍以外，從而所述電池單元在沒有冷卻的情況下不能夠達(dá)到所要求的例如10或15年的壽命O
[0006]因此為了保證電池模塊、電池或者電池系統(tǒng)的安全性、功能和壽命，必要的是，在預(yù)先設(shè)定的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行所述電池單元。一方面，如上所述，在電池單元的工作期間出現(xiàn)了熱量，該熱量必須排出以便避免將電池單元加熱到臨界的最大溫度以上。另一方面必要的能夠是，所述電池單元在低溫的情況下加熱到最小溫度上。為了遵循預(yù)先設(shè)定的溫度范圍，將電池模塊或者電池系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)溫，即根據(jù)需要進(jìn)行冷卻或者加熱，其中所述冷卻通常比加熱更加必要。
[0007]對(duì)此，所述電池系統(tǒng)能夠包括一種流體，例如一種液體，例如酒精-例如丙烷-1、
2、3-三醇(Glycerol (丙三醇)，Glycerin(甘油))、油或者水或者液體混合物，作為調(diào)溫介質(zhì)回路中的調(diào)溫介質(zhì)-例如熱、冷凍或者冷卻介質(zhì)。
[0008]為了對(duì)于所述電池單元進(jìn)行調(diào)溫，所述電池系統(tǒng)能夠包括多個(gè)調(diào)溫元件、例如調(diào)溫板，在所述調(diào)溫元件上裝配了電池單元并且所述調(diào)溫介質(zhì)流動(dòng)通過所述調(diào)溫元件。例如為了進(jìn)行冷卻，所述調(diào)溫介質(zhì)通過調(diào)溫元件接收電池單元的熱量，并且將它通過冷卻器或者另一熱交換機(jī)構(gòu)釋放到周圍或者空調(diào)設(shè)備(Aircondit1ning，AC)上。
[0009]所述電池系統(tǒng)能夠包括其它的組件、例如開關(guān)機(jī)構(gòu)-例如繼電器、接觸器-尤其開關(guān)接觸器或者開關(guān)、過流保護(hù)機(jī)構(gòu)-例如保險(xiǎn)、傳感機(jī)構(gòu)以及電池分離機(jī)構(gòu)(BatteryDisconnect Units，BDUs)、電池單元監(jiān)測機(jī)構(gòu)(電池單元監(jiān)測線路，Cell Supervis1nCircuits, CSCs)和電池控制機(jī)構(gòu)(Battery Control Units，BCUs)。
[0010]由此，所述電池系統(tǒng)包括多個(gè)不同的組件(電池組件)，所述組件互相電地和/或機(jī)械地連接。通過在電池系統(tǒng)的制造期間和/或之后的檢測方法，能夠保證其根據(jù)規(guī)格的功會(huì)S。針對(duì)一種完全檢測(完全控制、件件檢測、100%檢測)，無破壞性的檢測方法(ZfP，Non-Destructive Testing，NDT)是合適的。
[0011]為了改善電池和電池系統(tǒng)的可靠性和安全性并且提高電池組件-例如電池單元的壽命，然而必要的是，例如在制造、檢查和/或保養(yǎng)的范圍中，改善對(duì)于電池組件、電池和電池系統(tǒng)的檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的、根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法具有的優(yōu)點(diǎn)在于，電池組件或者電池組件之間的連接的缺陷的位置(缺陷位、故障位)能夠由于局部改變的熱量分布而被偵測或者識(shí)別，所述缺陷的位置局部地影響或者改變熱量分布。由此能夠偵測和識(shí)別所述電池組件和/或連接里面或者上面的不可見或者隱藏的缺陷位置。例如所述缺陷位置能夠具有變化的或者升高的接觸電阻，從而缺陷位置上的流動(dòng)的電流能夠引起較強(qiáng)的加熱。接觸電阻的這樣的升高可能首先對(duì)于一定的時(shí)間是不重要的，并且在整個(gè)壽命過程中才重要。因此，接觸電阻的提高能夠表示一種休眠性的故障。在這種情況中，所述電池組件或者連接能夠無破壞性地檢測。由此，能夠例如棄用螺栓連接的接觸電阻的繁瑣的人工的單個(gè)確定，所述單個(gè)確定包括在定義的檢測電流的情況下的一種人工的用于確定關(guān)于機(jī)械連接的狀態(tài)的有限的信息的電壓測量。由此能夠?qū)嵤╇姵亟M件或者連接的完全檢測和電池檢測，從而能夠提高所述電池系統(tǒng)的質(zhì)量、可靠性和安全性。此外，所述檢測甚至是可靠和穩(wěn)健的，即對(duì)干擾不敏感。由此能夠簡化例如在制造過程的結(jié)束處的控制和檢測(End-of-Line-Test，EoL-Test)。由此能夠降低費(fèi)用_例如研發(fā)費(fèi)用、驗(yàn)證費(fèi)用、包括用于選擇和檢驗(yàn)供貨商的費(fèi)用的采購費(fèi)用、制造費(fèi)用和/或檢測費(fèi)用。此外，能夠利用接近實(shí)際(接近真實(shí))的激勵(lì)信號(hào)來實(shí)施所述檢測，從而所述檢測能夠在實(shí)際的條件下、例如工作或應(yīng)用條件下實(shí)施，并且能夠提供實(shí)際的結(jié)果。
[0013]以合適的方式，能夠如此構(gòu)造所述激勵(lì)機(jī)構(gòu)，從而所產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)相應(yīng)于一種在電池組件的工作期間的信號(hào)。由此能夠尤其接近實(shí)際或者接近真實(shí)地檢測所述電池組件。由此能夠進(jìn)一步改善所述電池組件的檢測。
[0014]以合適的方式，能夠如此構(gòu)造所述激勵(lì)機(jī)構(gòu)，從而所產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)能夠?qū)е乱环N電流，比如電池組件中的充電電流或放電電流。由此能夠可靠地檢測和/或保證將電流例如充電電流和/或放電電流進(jìn)行導(dǎo)引的機(jī)械連接的質(zhì)量。由此能夠降低電池系統(tǒng)由于一種機(jī)械的缺陷位置和由此所引起的接觸電阻的提高而失效或者失火的危險(xiǎn)，所述缺陷位置例如在電池連接器的焊接連接或者模塊連接器的螺栓連接上。由此能夠例如阻礙在工作期間的缺陷位置的強(qiáng)烈的升溫，所述升溫能夠引起所述連接的松動(dòng)，所述松動(dòng)能夠造成一種能夠引發(fā)失火的光弧。
[0015]以合適的方式，能夠如此構(gòu)造所述激勵(lì)機(jī)構(gòu)，從而所產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)能夠?qū)е乱环N向著所述電池組件的熱量流入或者離開所述電池組件的熱量流出。由此能夠?qū)鬟f熱量的機(jī)械連接例如調(diào)溫系統(tǒng)的組件的質(zhì)量可靠地檢測和/或保證。由此能夠提高電池系統(tǒng)的壽命。由此能夠改進(jìn)質(zhì)保。此外，能夠提高電池系統(tǒng)的壽命。
[0016]以合適的方式，能夠如此構(gòu)造所述激勵(lì)機(jī)構(gòu)，從而它能夠在時(shí)間方面變化地或調(diào)整地產(chǎn)生所述激勵(lì)信號(hào)。通過以這種方式所產(chǎn)生的熱的波動(dòng)，所述缺陷位置能夠關(guān)于其在電池組件中的位置或者深度而確定位置。由此能夠?qū)⒉豢芍苯訅蚣暗奈恢美鐑?nèi)電阻例如電池單元的內(nèi)電阻或者保險(xiǎn)例如電池單元的保險(xiǎn)進(jìn)行檢測。由此能夠進(jìn)一步改善電池組件的檢測。
[0017]以合適的方式，能夠如此構(gòu)造所述采集機(jī)構(gòu)，從而它能夠獲得響應(yīng)信號(hào)作為熱成像。由此能夠無觸點(diǎn)地偵測或者識(shí)別所述缺陷位置。由此能夠簡化電池組件的檢測。
[0018]以合適的方式，能夠如此構(gòu)造所述處理機(jī)構(gòu)，從而它能夠檢測多個(gè)位置是否有缺陷。由此能夠更好地偵測或者識(shí)別可能的缺陷位置。由此能夠進(jìn)一步提高電池系統(tǒng)的質(zhì)量、可靠性和安全性。
[0019]以合適的方式，能夠如此構(gòu)造所述處理機(jī)構(gòu)，從而它能夠并行地例如同時(shí)或者同步地檢測多個(gè)位置是否有缺陷。由此能夠縮短用于檢測電池組件的必要的時(shí)間。
[0020]以合適的方式，能夠如此構(gòu)造所述處理機(jī)構(gòu)，從而它能夠借助于一種轉(zhuǎn)換例如余弦轉(zhuǎn)換例如離散的余弦轉(zhuǎn)換或者傅立葉轉(zhuǎn)換例如離散的傅立葉轉(zhuǎn)換或快速傅立葉轉(zhuǎn)換將所述響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻率空間中。由此能夠更加精確、高效和快速地處理和/或分析所述響應(yīng)信號(hào)或者熱成像。
[0021]以合適的方式，能夠如此構(gòu)造所述激勵(lì)機(jī)構(gòu)，從而所產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)相應(yīng)于一種在電池組件的工作期間的信號(hào)。由此能夠尤其實(shí)際或者實(shí)用地檢測所述電池組件。由此能夠進(jìn)一步改善電池組件的檢測。
[0022]以合適的方式，能夠如此構(gòu)造所述激勵(lì)機(jī)構(gòu)，從而所產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)導(dǎo)致電池組件中的一種電流，例如充電電流或放電電流。由此能夠可靠地檢測和/或保證將電流例如充電電流和/或放電電流進(jìn)行導(dǎo)引的機(jī)械連接的質(zhì)量。由此能夠降低電池系統(tǒng)由于一種機(jī)械的缺陷位置和由此所引起的接觸電阻的提高而失