蓄電池的安全設計的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種蓄電池的安全設計，該蓄電池包括多個蓄電池單池(11)，所述多個蓄電池單池(11)通過充電和分離裝置能夠與蓄電池的多個電極相連接，其中另外存在一個放電電路(24)，其能夠與多個蓄電池單池(11)并聯(lián)連接，并且優(yōu)選地借助于一個蓄電池管理系統(tǒng)(27)來接通和關斷。所述放電電路(24)包括至少一個可開關的閥(25)和一個放電電阻(26)。
【專利說明】蓄電池的安全設計

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種安全設計，其具有用于蓄電池、尤其用于混合動力或者電動車輛中的牽引蓄電池的相應的裝置和所屬的方法。

【背景技術】
[0002]為在混合動力或者電動車輛中使用而提供的蓄電池稱為牽引蓄電池，因為它們用于給電力驅(qū)動裝置供能。為了獲得在混合動力或者電動車輛中需要的功率數(shù)據(jù)和能量數(shù)據(jù)，把單個的蓄電池單池串聯(lián)并且部分地另外并聯(lián)連接。在電動車輛的情況下例如串聯(lián)100個蓄電池單池或者更多，使得蓄電池的總電壓能夠達到340V。在混合車輛中使用的蓄電池通常也超過人接觸沒有問題的60V的電壓界限。
[0003]圖1表示一個根據(jù)現(xiàn)有技術的蓄電池系統(tǒng)的原理圖。這樣的蓄電池系統(tǒng)在DE-OS10 2010 027 850中以詳細的框圖加以說明。
[0004]詳細地說，圖1表示一個具有配屬的集成的電子裝置的蓄電池10。多個蓄電池單池11串聯(lián)，以便達到相應的應用所希望的高的輸出電壓。可選地，另外能夠把蓄電池單池并聯(lián)，以便實現(xiàn)大的蓄電池容量。
[0005]在多個蓄電池單池11的串聯(lián)電路的正極和正的蓄電池端子12之間接入一個充電和分離裝置14。另外在蓄電池單池11的串聯(lián)電路的負極和負的蓄電池端子13之間存在一個分離裝置15。充電和分離裝置14以及分離裝置15分別包括一個接觸器16或者17作為分離開關。這些接觸器提供用于把蓄電池單池11從蓄電池端子12、13分離，以便使蓄電池端子12、13在需要時無電壓接通。代替接觸器也能夠使用其他為該應用適宜的開關裝置。
[0006]在充電和分離裝置14內(nèi)另外存在一個充電接觸器18。一個充電電阻19與充電接觸器18串聯(lián)。在這種情況下，當把蓄電池連接到一個通常由蓄電池供能的驅(qū)動系統(tǒng)的直流電壓中間電路上時，該充電電阻19為在所述直流電壓中間電路中接入的緩沖電容器限制充電電流。使用在圖1中表示的正電線中的充電和分離裝置和在負電線中的分離裝置的這種安排能夠在可預先規(guī)定的事件的情況下把蓄電池單極地或者雙極地接通或者斷開。為此一個未表不的控制裝置輸出相應的驅(qū)動接觸器的信號。
[0007]借助充電電阻19還能夠在接通蓄電池時限制平衡電流。這里在接通過程中在充電和分離裝置14中在分離開關16打開的情況下首先接通充電開關18，另外如果希望的話把分離裝置中的分離開關17連接到蓄電池系統(tǒng)的負極上。那時通過充電電阻19對外部連接的系統(tǒng)加載輸入容量。如果蓄電池系統(tǒng)的正極和負極之間的電壓尚未明顯從蓄電池單池的總電壓偏離，則通過接通充電和分離開關14中的分離開關來中斷該充電過程。那時蓄電池系統(tǒng)低電阻地在外部系統(tǒng)上連接并且能夠用它的規(guī)定的功率數(shù)據(jù)驅(qū)動。總共能夠把在接通蓄電池系統(tǒng)的情況下在外部系統(tǒng)和蓄電池系統(tǒng)之間發(fā)生的平衡電流限制到許可的值。
[0008]圖2中作為原理電路圖表示一個例如從DE-OS 10 2010 027 864.5中知曉的、用于電動或者混合動力車輛的電力驅(qū)動系統(tǒng)。這里蓄電池20在一個直流電壓中間電路上連接，后者由電容器21緩沖。在該直流電壓中間電路上連接的是一個脈沖逆變器22，它通過各兩個可開關的半導體整流器22a、22b和兩個二極管22c和22d在相位彼此相對錯開的正弦電壓的三個輸出上為驅(qū)動一個電力驅(qū)動裝置23例如一個旋轉磁場電機提供。電容器21的容量必須足夠大，以便為在其中一個可開關的半導體閥導通的持續(xù)時間期間穩(wěn)定直流電壓中間電路中的電壓。
[0009]從DE-OS 10 2010 027 864.5中知曉的電力驅(qū)動系統(tǒng)包括一個蓄電池20，它類似圖1中表示的蓄電池10具有許多串聯(lián)的蓄電池單池。在蓄電池單池的該串聯(lián)電路和蓄電池20的正或者負端子之間在正電線內(nèi)存在一個充電和分離裝置以及在負電線內(nèi)存在一個分離裝置。通過這些分離裝置和圖1的蓄電池10—樣能夠把蓄電池的正極或者蓄電池的負極在故障或者功能出錯的情況下在一個可連接的充電裝置非正常工作的情況下從蓄電池單池解耦合從而接通到無電壓狀態(tài)。尤其建議把蓄電池從牽引車身電網(wǎng)雙極地分離，以便使蓄電池進入一種安全的狀態(tài)。在這種情況下蓄電池單池中存儲的電荷繼續(xù)保持。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]只要通過確定的作用觸發(fā)短路，則由繼續(xù)充電的蓄電池單池在其解耦合之后還能夠發(fā)生反應。這也能夠在較長的時間之后還發(fā)生。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點在于，在為蓄電池尤其為牽引蓄電池的安全設計的情況下使蓄電池或者單個的蓄電池單池進入一種非關鍵性的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下外部的作用或者影響不能導致危險的情況。
[0012]通過使蓄電池在其從外部的連接斷開后，尤其在從車輛的牽引車身電網(wǎng)斷開后，通過用于放電的裝置放電而進入一種安全的狀態(tài)，由此實現(xiàn)該優(yōu)點。
[0013]為實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點，對于一個系統(tǒng)，尤其是根據(jù)現(xiàn)有技術的蓄電池，補充一個在圖3中說明的附加的放電電路。該附加的放電電路的控制以特別有利的方式借助一個輸出相應的控制信號的蓄電池管理系統(tǒng)進行。在這種情況下該蓄電池管理系統(tǒng)以有利的方式包括至少一個處理器以及一個所屬的硬件，并且對開關裝置或者接觸器輸出需要的控制信號用于它們的驅(qū)動。
[0014]尤其有利的是，蓄電池單池的根據(jù)本發(fā)明的放電在該蓄電池單池分離后尤其在雙極分離后立即開始。為此以有利的方式激活一個所謂的解除器(Abtakter)，它在另外一種有利的解決方案中作為具有所屬解除電阻的半導體開關或者電磁開關實現(xiàn)。在這種情況下在該解除電阻內(nèi)從蓄電池單池吸收的并且應該消耗的電能被轉變?yōu)闊崮堋Ｐ铍姵貑纬氐母鶕?jù)本發(fā)明的放電以有利的方式也當由本發(fā)明的蓄電池供電的牽引驅(qū)動裝置的其他的部件例如逆變器不再能夠作用時作用，所述逆變器用于從蓄電池電壓產(chǎn)生為對電動機供電所需的交流電壓。
[0015]在本發(fā)明的一種擴展中能夠提供另外的措施，這些措施例如也包括逆變器。在這種情況下能夠以有利的方式并行地進行蓄電池單池通過蓄電池內(nèi)部的解除器的放電與通過充電電阻和充電開關以及逆變器的功率開關的放電。該功率開關以有利的方式是該逆變器中的半導體閥以及二極管。
[0016]下面的可能性提供另一個優(yōu)點:通過附加的電子裝置執(zhí)行蓄電池和蓄電池單池的附加的放電以均衡蓄電池單池的充電狀態(tài)。在這樣一種執(zhí)行所謂的單元平衡的裝置中能夠以有利的方式把那時存在的歐姆電阻用于蓄電池單池的放電或者另外地包括。

【具體實施方式】
[0017]圖3中表不本發(fā)明的一個實施例。圖3中表不的部件相應于在圖1以及圖2中詳細說明的部件并且具有相同的附圖標記。另外并聯(lián)于多個蓄電池單池11的串聯(lián)電路存在一個放電電路24。該放電電路24在本實施例中在蓄電池10內(nèi)設置，它也能夠在蓄電池10的外部設置。該例如作為解除器作用的放電電路包括一個可接通和斷開的電子的閥25以及一個與該閥25串聯(lián)的電阻26。該電子的閥24例如能夠由一個未詳細表示的蓄電池管理系統(tǒng)27控制。在這種情況下該蓄電池管理系統(tǒng)27在蓄電池單池11分離后尤其在雙極分離后立即開始蓄電池單池11的放電。為此一旦蓄電池管理系統(tǒng)識別到蓄電池單池分離它就向放電電路輸出一個控制信號。
[0018]為此放電電路24的電子閥25也被相應控制，使得它作為所謂的解除器作用。在最簡單的情況下該電子閥25涉及半導體開關或者電機械式開關。其內(nèi)把應該從蓄電池單池吸收的電能轉變?yōu)闊崮艿慕獬娮?6使放電電路24更加完備。
[0019]在這種情況下解除電阻26和可接通和斷開的電氣的或者電機械式的閥25如此設計，使得蓄電池單池11能夠從充滿電的狀態(tài)在一個預定的時間內(nèi)完全放電。如果例如該蓄電池要以24kW/h的能量單元在24小時內(nèi)對一個電動車輛放電，則必須以IkW的持續(xù)功率設計解除器。
[0020]圖3中表示的設計還當牽引驅(qū)動裝置的其他部件例如逆變器不再能夠作用時作用。這種牽引驅(qū)動裝置例如在圖2中表示，其中逆變器例如作為脈沖逆變器構造。根據(jù)本發(fā)明它能夠在用于蓄電池單池的放電設計中被包括。
[0021]在圖3中表示的設計的一種擴展中能夠另外提供例如也包括逆變器的措施。在這種情況下例如能夠并行地進行蓄電池單池11的通過蓄電池內(nèi)部的解除器24的放電和通過電阻26和充電開關以及逆變器22的功率開關的放電。
[0022]作為另外的可能性能夠進行蓄電池和蓄電池單池11的通過一個放電時需要的電子裝置的一種附加的放電，用于平衡蓄電池單池11的充電狀態(tài)。在這種執(zhí)行所謂的蓄電池單池平衡的裝置中能夠把那時存在的歐姆電阻用于蓄電池單池的放電或者附加地包括。對放電電路24的可接通和斷開的電子閥的控制，一旦蓄電池管理系統(tǒng)27根據(jù)可預先規(guī)定的準則識別到這種需要，就通過蓄電池管理系統(tǒng)27在單極或者雙極斷開蓄電池單池11后進行。
【權利要求】
1.用于蓄電池的安全裝置，所述蓄電池包括多個蓄電池單池，所述多個蓄電池單池通過充電和分離裝置能夠與所述蓄電池的多個電極相連接，其特征在于，存在一個放電電路(24)，其能夠與所述多個蓄電池單池并聯(lián)連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于蓄電池的安全裝置，其特征在于，所述蓄電池是牽引蓄電池。
3.根據(jù)上述權利要求之一所述的安全裝置，其特征在于，所述放電電路(24)包括至少一個放電電阻(26)以及可接通和斷開的電子閥(25)。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于蓄電池的安全裝置，其特征在于，所述電子閥(25)包括一個半導體開關或者一個電機械式開關。
5.根據(jù)上述權利要求之一所述的安全裝置，其特征在于，所述放電電路(24)借助蓄電池管理系統(tǒng)(27)是可接通的。
6.根據(jù)上述權利要求之一所述的安全裝置，其特征在于，除了所述放電電路(24)還存在一個能夠在蓄電池端子上開關的逆變器，所述逆變器與所述蓄電池管理系統(tǒng)(27)連接并且能夠由后者來控制，使得所述逆變器有助于所述蓄電池的放電。
7.根據(jù)上述權利要求之一所述的安全裝置，其特征在于，存在一個用于平衡所述多個蓄電池單池的充電狀態(tài)的電子裝置，所述電子裝置具有平衡電阻并且與所述蓄電池管理系統(tǒng)(27)連接并且由后者來控制，其中，所述平衡電阻用于對所述多個蓄電池單池(11)進行放電。
8.用于對蓄電池進行放電的方法，所述蓄電池包括多個蓄電池單池，所述多個蓄電池單池通過充電和分離裝置能夠與所述蓄電池的多個電極相連接，其特征在于，存在安全裝置，所述安全裝置在一個蓄電池管理系統(tǒng)(27) —旦識別到所述多個蓄電池單池(11)從所述蓄電池的至少一個電極分離便借助于所述蓄電池管理系統(tǒng)(27)把放電電路(24)并聯(lián)連接至所述多個蓄電池單池(11)。
9.根據(jù)權利要求8所述的用于對蓄電池進行放電的方法，其特征在于，所述蓄電池管理系統(tǒng)向所述放電電路(24)輸出控制信號，所述控制信號使得所述放電電路(24)與所述多個蓄電池單池(11)并聯(lián)連接。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的用于對蓄電池進行放電的方法，其特征在于，在所述多個蓄電池單池(11)從兩個蓄電池電極雙極地分離后進行所述多個蓄電池單池的放電。
【文檔編號】H02J7/00GK104412444SQ201380032107
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年4月22日 優(yōu)先權日:2012年6月22日
【發(fā)明者】H·芬克 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社