蓄電池模塊以及用于監(jiān)控蓄電池模塊的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種蓄電池模塊（221），其具有帶有多個(gè)蓄電池單池（21）的蓄電池單池電路（226）和用于監(jiān)控該蓄電池模塊（221）的功能狀態(tài)的監(jiān)控和控制單元（230），其中，該蓄電池模塊（221）包括具有在半橋裝置中連接的功率半導(dǎo)體（241、242）的耦合單元和與蓄電池單池電路（226）耦合的用于蓄電池模塊（221）的快速放電的放電電路（270），該功率半導(dǎo)體（241、242）用于在蓄電池模塊（221）的輸出端子（224、225）上耦合蓄電池單池電路（226），其中，該耦合單元和該放電電路由該監(jiān)控和控制單元（230）是可控制的。
【專(zhuān)利說(shuō)明】蓄電池模塊以及用于監(jiān)控蓄電池模塊的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種蓄電池模塊，該蓄電池模塊具有帶有多個(gè)蓄電池單池的蓄電池單池電路和用于監(jiān)控蓄電池模塊的功能狀態(tài)的監(jiān)控和控制單元。本發(fā)明還涉及一種用于借助于在蓄電池模塊中安置的監(jiān)控和控制單池監(jiān)控蓄電池模塊的方法。此外，本發(fā)明還涉及一種蓄電池系統(tǒng)，該蓄電池系統(tǒng)包括蓄電池和蓄電池管理系統(tǒng)，該蓄電池具有至少一個(gè)蓄電池組，在該蓄電池組中安置多個(gè)蓄電池模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]通常，將應(yīng)用在混合動(dòng)力和電動(dòng)車(chē)輛中的蓄電池通常稱(chēng)為牽引用蓄電池，因?yàn)檫@些蓄電池用于電氣驅(qū)動(dòng)裝置的供電。為了實(shí)現(xiàn)在混合動(dòng)力和電動(dòng)車(chē)輛中需要的功率數(shù)和能量數(shù)，將各個(gè)蓄電池單池串聯(lián)并且部分附加地并聯(lián)連接。在電動(dòng)車(chē)輛中經(jīng)常串聯(lián)連接10個(gè)或更多單池并且這些蓄電池具有直至450V的電壓。而且在混合動(dòng)力車(chē)輛中通常超過(guò)60V的電壓閾值，該電壓在通過(guò)人的接觸中被分級(jí)為不危急的。在圖1中示出了具有一個(gè)這樣的牽引用蓄電池20的蓄電池系統(tǒng)的原理電路圖。蓄電池20包括多個(gè)蓄電池單池21。為了簡(jiǎn)化在圖1中的圖示僅僅兩個(gè)蓄電池單池設(shè)有附圖標(biāo)記21?；旌蟿?dòng)力和電動(dòng)車(chē)輛中的牽引用蓄電池通常模塊化地構(gòu)成。在此由至少兩個(gè)單個(gè)的相互串聯(lián)或并聯(lián)連接的蓄電池單池21形成蓄電池模塊(在圖1中未示出)。
[0003]蓄電池20由兩個(gè)蓄電池單池電路22、23構(gòu)成，它們分別包括多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池單池21。這些蓄電池單池電路22、23或單池模塊分別與蓄電池端子24、25和與充電用插頭30的連接端連接。
[0004]正蓄電池端子24經(jīng)由分離和充電裝置40與蓄電池20可連接，該分離和充電裝置40包括分尚開(kāi)關(guān)41,該分尚開(kāi)關(guān)41與由充電開(kāi)關(guān)42和充電電阻43組成的串聯(lián)電路并聯(lián)連接。負(fù)蓄電池端子25經(jīng)由分離裝置50與蓄電池20是可連接的，該分離裝置50包括另一分離開(kāi)關(guān)51。
[0005]此外圖2示出了圖60，其中非常示意地示出鋰離子蓄電池的不同的故障機(jī)制61及其后果62。該示出的故障機(jī)制61能夠?qū)е滦铍姵貑纬氐挠刹辉试S的溫度升高63引起的熱擊穿64。在出現(xiàn)熱擊穿64的情況下能夠基于氣體65的排放一該排放能夠例如在打開(kāi)安全閥的情況下作為提高的蓄電池單池內(nèi)壓的結(jié)果出現(xiàn)——導(dǎo)致蓄電池單池的火災(zāi)66或者在極端情況下設(shè)置導(dǎo)致蓄電池單池21的破裂67。因此必須在蓄電池單池21在牽引用蓄電池中的應(yīng)用的情況下以最大接近I的概率排除熱擊穿64的出現(xiàn)。
[0006]熱擊穿64能夠在蓄電池單池的過(guò)充時(shí)作為在緊接著的充電過(guò)程期間的蓄電池單池的深度放電的結(jié)果或者在存在蓄電池單池的不允許的高充電和放電電流——它們能夠例如對(duì)于外部短路90而產(chǎn)生一的情況下出現(xiàn)。此外熱擊穿64能夠在存在蓄電池單池內(nèi)部短路100的情況下出現(xiàn)，該短路能夠例如作為在事故101期間的極大的機(jī)械力作用的結(jié)果或者作為蓄電池單池內(nèi)部樹(shù)狀晶102的形成的結(jié)果產(chǎn)生，該樹(shù)狀晶能夠例如在低溫下存在過(guò)高充電電流的情況下產(chǎn)生。此外熱擊穿64也能夠作為蓄電池單池內(nèi)部短路的結(jié)果出現(xiàn)，該內(nèi)部短路能夠通過(guò)在制造時(shí)產(chǎn)生的蓄電池單池污染、尤其是通過(guò)在蓄電池單池中存在的金屬異物顆粒103引起。而且熱擊穿64能夠在存在蓄電池單池的不允許的發(fā)熱——其例如能夠作為車(chē)輛火災(zāi)的結(jié)果產(chǎn)生——的情況下或者在存在蓄電池單池120的過(guò)載的情況下出現(xiàn)。
[0007]在圖3中示出了由現(xiàn)有技術(shù)已知的蓄電池系統(tǒng)的原理電路圖，該蓄電池系統(tǒng)包括具有多個(gè)蓄電池單池21的牽引用蓄電池20以及蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)。該蓄電池管理系統(tǒng)的電子裝置具有分散架構(gòu)，其中將由蓄電池單池21的單池監(jiān)控電子裝置(CSC電子裝置)構(gòu)成的監(jiān)控和控制單元130設(shè)計(jì)為衛(wèi)星，其分別設(shè)置用于監(jiān)控一個(gè)或者多個(gè)蓄電池單池21的功能狀態(tài)并且經(jīng)由內(nèi)部總線(xiàn)系統(tǒng)141與中央蓄電池控制裝置(B⑶)140通信。
[0008]蓄電池管理系統(tǒng)的電子裝置、尤其是蓄電池單池21的監(jiān)控電子裝置是需要的，以便保護(hù)臨界的在圖2中示出的狀態(tài)的蓄電池單池21，這能夠?qū)е聼釗舸?。在蓄電池管理系統(tǒng)的電子裝置中運(yùn)行高消耗，以便一方面保護(hù)蓄電池單池21免于由于外部原因例如由于在電子驅(qū)動(dòng)裝置的逆變器中的短路的過(guò)載，另一方面避免由于蓄電池管理系統(tǒng)的電子裝置的故障、例如由于蓄電池單池電壓通過(guò)監(jiān)控和控制單元130的錯(cuò)誤的檢測(cè)危害蓄電池單池21。
[0009]如同在圖1中示出的蓄電池系統(tǒng)中那樣，在圖3中示出的蓄電池系統(tǒng)中牽引用蓄電池經(jīng)由分離和充電裝置40與正蓄電池端子24是可連接的并且經(jīng)由分離裝置50與負(fù)蓄電池端子25是可連接的。在此為了表示相同或相似的構(gòu)件對(duì)于在圖1和3中示出的蓄電池系統(tǒng)分別使用相同的附圖標(biāo)記。
[0010]此外將中央的蓄電池控制裝置140設(shè)計(jì)為控制分離和充電裝置40的分離開(kāi)關(guān)(繼電器)41和充電開(kāi)關(guān)(繼電器)42。分離開(kāi)關(guān)41和充電開(kāi)關(guān)42借助于蓄電池控制裝置140的控制在圖中以箭頭142表示。而且中央蓄電池控制裝置140設(shè)計(jì)為控制分離裝置50的另一分離開(kāi)關(guān)(繼電器)51。借助于蓄電池控制裝置140分離開(kāi)關(guān)51的控制以箭頭143表
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[0011]中央的蓄電池控制裝置140經(jīng)由高伏特導(dǎo)線(xiàn)144、145與各個(gè)其他的蓄電池端子24、25連接。此外中央的蓄電池控制裝置140包括電流傳感器150、160，它們被設(shè)置用于測(cè)量流經(jīng)牽引用蓄電池20的電流。蓄電池控制裝置140經(jīng)由CAN總線(xiàn)146也與車(chē)輛接口通信。經(jīng)由CAN總線(xiàn)能夠給蓄電池控制裝置140提供關(guān)于車(chē)輛的功能狀態(tài)的信息。
[0012]在應(yīng)用由現(xiàn)有技術(shù)已知的蓄電池系統(tǒng)的蓄電池管理系統(tǒng)11中因此力求如此提高蓄電池系統(tǒng)10的安全，使得不出現(xiàn)不合理的危險(xiǎn)。在此根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IS026262對(duì)蓄電池管理系統(tǒng)11的功能安全提出了高要求，因?yàn)槿缟弦呀?jīng)闡明的電子裝置的故障能夠?qū)е挛ｋU(xiǎn)。此外對(duì)于鋰離子蓄電池單池規(guī)定了安全測(cè)試。為了允許運(yùn)輸蓄電池單池，必須實(shí)施例如UN運(yùn)輸測(cè)試。測(cè)量結(jié)果必須根據(jù)EUCAR危險(xiǎn)級(jí)別或危險(xiǎn)等級(jí)(EUCAR hazard level)進(jìn)行評(píng)估。蓄電池單池在此必須遵循預(yù)定的最小安全等級(jí)。為了達(dá)到這一點(diǎn)，在設(shè)定用于牽引用蓄電池的蓄電池單池中采取多種附加措施。
[0013]假如不能夠顯著提高蓄電池單池21的安全，那么對(duì)于用于具有用于電動(dòng)車(chē)和插拔式混合動(dòng)力(Plug-1n混合動(dòng)力)的牽引用蓄電池20的蓄電池系統(tǒng)11的蓄電池管理系統(tǒng)11預(yù)測(cè)地建立根據(jù)危險(xiǎn)等級(jí)ASIL C的分級(jí)。這樣的附加措施由此采取，即將所謂的安全裝置集成到蓄電池單池中。因此在蓄電池單池中典型地集成有在下文中說(shuō)明的安全裝置。
[0014]在蓄電池單池中集成過(guò)充安全裝置(OSD)。這樣的過(guò)充安全裝置使得蓄電池單池在過(guò)充過(guò)程中不超過(guò)EUCAR危險(xiǎn)等級(jí)4。蓄電池單池電壓的允許范圍在4.2V處結(jié)束。在過(guò)充過(guò)程中蓄電池單池自從一個(gè)大約5V的蓄電池單池電壓形成如此高的內(nèi)壓，其向外彎曲過(guò)充安全裝置的膜片并且將該蓄電池單池電地短路。作為其結(jié)果如此地將蓄電池單池放電，直至激活蓄電池單池內(nèi)的安全裝置。在蓄電池單池的兩個(gè)極之間的蓄電池單池的短路通過(guò)過(guò)充安全裝置維持。
[0015]此外將蓄電池單池安全裝置(Cell Fuse)集成到蓄電池單池中。該在蓄電池單池中集成的熔斷式安全裝置是在蓄電池單池層面上非常有效的保護(hù)儀器，但是當(dāng)蓄電池單池在蓄電池模塊的串聯(lián)電路中或在蓄電池系統(tǒng)中安裝時(shí)引起極大的問(wèn)題。在那里這些措施反而是不利的。
[0016]在蓄電池單池中也集成了穿刺安全裝置(NDS)。該穿刺安全裝置保護(hù)蓄電池單池，其方法是在將釘子或尖利物品刺入到蓄電池單池中時(shí)產(chǎn)生如此限定的短路路徑，其不會(huì)導(dǎo)致在定子進(jìn)入的區(qū)域中蓄電池單池的極度局部發(fā)熱，該發(fā)熱能夠?qū)е麓嬖诘姆蛛x器的局部熔化。
[0017]在蓄電池單池中也集成有功能安全層(SFL)。該功能安全層通過(guò)蓄電池單池的兩個(gè)電極之一的陶瓷涂層、優(yōu)選通過(guò)陽(yáng)極的陶瓷涂層實(shí)現(xiàn)。借助于功能安全層能夠在分離器熔化時(shí)阻止蓄電池單池的平面短路并繼而阻止蓄電池單池的電能極端快速地轉(zhuǎn)化為損耗熱量。
[0018]在蓄電池單池中此外也集成有碰撞安全裝置(Crush Safety Device)。碰撞安全裝置具有與穿刺安全裝置類(lèi)似的功能方式。在蓄電池單池殼體的極度機(jī)械變形的情況下提供在蓄電池單池中限定的短路路徑，該短路路徑阻止蓄電池單池的極度的局部的發(fā)熱并且由此提高蓄電池單池的安全。
[0019]在當(dāng)前處于研發(fā)中的蓄電池單池中，尤其地用于電氣安全的措施涉及極大的成本，這些措施例如保護(hù)免于過(guò)充或者確保過(guò)濾保護(hù)。這些措施再者在蓄電池單池安裝到蓄電池模塊或蓄電池系統(tǒng)中之后甚至反而是不利的而不是有意義的。例如能夠在蓄電池單池的熔斷式安全裝置的激活時(shí)產(chǎn)生這樣的情況，即存在的蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)的電子裝置經(jīng)受非常高的負(fù)電壓。由此在蓄電池系統(tǒng)層面上產(chǎn)生附加的成本，因?yàn)楸仨殱M(mǎn)足針對(duì)蓄電池單池層的運(yùn)輸規(guī)程，而不會(huì)由此涉及其他的利用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]根據(jù)本發(fā)明提供一種蓄電池模塊，具有由多個(gè)蓄電池單池組成的蓄電池單池電路和用于監(jiān)控所述蓄電池模塊的功能狀態(tài)的監(jiān)控和控制單元。在此，該蓄電池模塊具有耦合單元，該耦合單元具有連接于半橋結(jié)構(gòu)中的功率半導(dǎo)體，該功率半導(dǎo)體用于耦合蓄電池單池電路和蓄電池模塊的輸出端子。此外蓄電池模塊具有與蓄電池單池電路耦合的用于對(duì)蓄電池模塊進(jìn)行快速放電的放電電路。該耦合單元和放電電路通過(guò)監(jiān)控和控制單元是可控制的。
[0021]根據(jù)本發(fā)明還提出一種用于借助于在蓄電池模塊中設(shè)置的監(jiān)控和控制單池監(jiān)控蓄電池模塊的方法。該蓄電池模塊借助于耦合單元來(lái)運(yùn)行，該耦合單元包括連接于半橋結(jié)構(gòu)中的功率半導(dǎo)體，該功率半導(dǎo)體用于將蓄電池模塊的蓄電池單池電路耦合到蓄電池模塊的輸出端子子。在監(jiān)控蓄電池模塊時(shí)如果通過(guò)監(jiān)控和控制單元確定蓄電池模塊的故障情形和危險(xiǎn)情形，那么借助于耦合單元和/或與蓄電池模塊的蓄電池單池電路耦合的并且安置于蓄電池模塊中的放電電路將蓄電池模塊切換到安全狀態(tài)，該放電電路設(shè)置用于對(duì)蓄電池模塊快速放電。
[0022]此外還提供一種蓄電池系統(tǒng)，該蓄電池系統(tǒng)具有帶有至少一個(gè)蓄電池組的蓄電池，在該蓄電池組中安置有多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的蓄電池模塊。其中蓄電池系統(tǒng)包括蓄電池管理系統(tǒng)，該蓄電池管理系統(tǒng)被構(gòu)造用于與蓄電池模塊的監(jiān)控和控制單元通信。
[0023]下文中示出了本發(fā)明優(yōu)選的改進(jìn)。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，提供了一種本質(zhì)安全蓄電池模塊，其中該蓄電池模塊能夠基于可控制的耦合電路不僅僅特別經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行而且能夠通過(guò)耦合電路的相應(yīng)的控制阻止蓄電池模塊的有威脅的損壞。此外提供了附加的安全功能，其方法是通過(guò)用于蓄電池模塊的快速放電的集成的放電電路實(shí)現(xiàn)一種內(nèi)部機(jī)制，通過(guò)該內(nèi)部機(jī)制不依賴(lài)于在外部觸點(diǎn)例如在蓄電池單池單元的輸出端子上的形成的放電或充電電流取而代之地在內(nèi)部能夠?qū)嵤┛焖俚幕虺焖俚姆烹姡貏e是在危險(xiǎn)或緊急情況下。
[0025]根據(jù)本發(fā)明特別的實(shí)施形式該耦合單元能夠具有兩個(gè)半橋，這兩個(gè)半橋包括分別與蓄電池單池電路的正極耦合的第一功率半導(dǎo)體、與蓄電池電路的負(fù)極耦合的第二功率半導(dǎo)體以及中間連接端并且通過(guò)相應(yīng)的中間連接端與蓄電池模塊的分別另一輸出端子連接。
[0026]在此蓄電池模塊優(yōu)選地被設(shè)置用于，在正常工作時(shí)借助于監(jiān)控和控制單元如此運(yùn)行耦合單元，使得可選擇地在蓄電池單池單元的輸出端子子上以正或負(fù)方向的施加蓄電池模塊電壓，或者不施加蓄電池單池電壓。
[0027]由此清楚地說(shuō)蓄電池模塊能夠借助可換極的輸出電壓實(shí)現(xiàn)。更精確地說(shuō)，蓄電池模塊能夠關(guān)于在其輸出端子提供的輸出電壓被換極，從而蓄電池模塊能夠沿正或負(fù)方向輸出蓄電池模塊電壓。
[0028]根據(jù)本發(fā)明所述的蓄電池模塊的功能，即換極蓄電池模塊電壓，根據(jù)本發(fā)明所述的蓄電池模塊尤其適合于應(yīng)用在三相蓄電池系統(tǒng)或者普通的多相蓄電池系統(tǒng)中，該三相蓄電池系統(tǒng)具有逐級(jí)可調(diào)節(jié)的輸出電壓，將這些三相蓄電池系統(tǒng)稱(chēng)作蓄電池直流逆變器，該多相蓄電池系統(tǒng)具有逐級(jí)可調(diào)節(jié)的輸出電壓。
[0029]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施形式中，本發(fā)明所述的監(jiān)控和控制單元還被構(gòu)造為，在存在其值超過(guò)第一電壓閾值的蓄電池單池電壓和/或蓄電池模塊電壓，和/或存在其值低于第二電壓閾值的蓄電池單池電壓和/或蓄電池模塊電壓時(shí)，使得耦合單元的功率半導(dǎo)體處于一種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在該開(kāi)關(guān)狀態(tài)下沒(méi)有電流流經(jīng)蓄電池模塊。
[0030]這能夠由此實(shí)現(xiàn)，即借助于半橋使得蓄電池模塊處于安全狀態(tài)，其方法是接通半橋的第一功率半導(dǎo)體，從而蓄電池模塊的第一輸出端子和第二輸出端子導(dǎo)電地連接，并且關(guān)斷相同半橋的第二功率半導(dǎo)體。此外，在應(yīng)用由兩個(gè)半橋，尤其是一個(gè)全橋構(gòu)建的耦合單元時(shí)，能夠分別接通兩個(gè)與第一輸出端子連接的功率半導(dǎo)體或兩個(gè)與第二輸出端子連接的功率半導(dǎo)體。
[0031]這具有的優(yōu)點(diǎn)在于，監(jiān)控和控制單元根據(jù)蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓超過(guò)第一閾值識(shí)別工作于正常工作狀態(tài)的蓄電池模塊的有威脅的過(guò)充，并且然后蓄電池模塊有利地不再充電，并且因此例如在蓄電池充電裝置障礙的情況下安全地防止過(guò)充。
[0032]此外監(jiān)控和控制單元還根據(jù)蓄電池單池電壓和/或蓄電池模塊電壓超過(guò)第二閾值識(shí)別基于在正常運(yùn)行下工作的蓄電池模塊的有威脅的深度充電，其中將蓄電池模塊轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩珷顟B(tài)，在該狀態(tài)下不再有電流流經(jīng)蓄電池模塊中?？赡苡砂ū景l(fā)明所述的蓄電池模塊的整個(gè)蓄電池系統(tǒng)向外輸出的電流僅僅流經(jīng)蓄電池模塊中已有的功率半導(dǎo)體或者半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。
[0033]在本發(fā)明另一優(yōu)選的實(shí)施形式中，將根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)控和控制單元也設(shè)置為，在存在其值超過(guò)預(yù)定的或適合地選擇的充電電流閾值的充電電流時(shí)，和/或存在其值超過(guò)預(yù)定的或適合地選擇的充電電流閾值的(形成的外部的)放電電流時(shí)，使得該耦合單元的功率半導(dǎo)體處于一種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在該開(kāi)關(guān)狀態(tài)下沒(méi)有電流流經(jīng)蓄電池模塊。
[0034]因此基于在正常運(yùn)行中工作的蓄電池模塊，監(jiān)控和控制單元能夠識(shí)別由于過(guò)高的放電電流的有威脅的過(guò)載，該過(guò)高的放電電流例如能夠作為由于在逆變器中的故障蓄電池的外部短路的結(jié)果出現(xiàn)。對(duì)此蓄電池模塊轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩珷顟B(tài)，在該狀態(tài)下沒(méi)有電流流經(jīng)蓄電池模塊。因此保護(hù)蓄電池模塊免于具有不被允許的高的放電電流的負(fù)載。
[0035]此外監(jiān)控和控制單元基于在正常運(yùn)行中工作的蓄電池模塊識(shí)別到由于過(guò)高的充電電流的有威脅的過(guò)載，其中隨后將蓄電池模塊轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩珷顟B(tài)，在該狀態(tài)下不再有電流流經(jīng)蓄電池模塊。因此保護(hù)蓄電池模塊免于具有不允許高的充電電流的負(fù)載。這例如在存在非常低的溫度的情況下是尤其有利的，其中蓄電池模塊的蓄電池單池電路的蓄電池單池關(guān)于在陽(yáng)極上可構(gòu)成的鋰涂層是尤其敏感的。
[0036]換言之，能夠在一種情況下——其中根據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)安全的蓄電池模塊的監(jiān)控和控制單元的電子裝置通過(guò)蓄電池管理系統(tǒng)例如被告知關(guān)于此的相應(yīng)的信息，即關(guān)于其中安裝有根據(jù)本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的車(chē)輛具有事故的信息——經(jīng)由一個(gè)或者必要時(shí)兩個(gè)半橋，即并聯(lián)的兩個(gè)半橋?qū)⑿铍姵啬K放電。在蓄電池模塊經(jīng)由半橋中之一放電期間，蓄電池模塊在其輸出端子上不輸出電壓并且即便如此有利地緩慢地放電。尤其是作為可控的電阻運(yùn)行的功率半導(dǎo)體在此根據(jù)要求被設(shè)置包括其熱連接和冷卻。
[0037]此外根據(jù)本發(fā)明的另一非常有利的實(shí)施形式，監(jiān)控和控制單元被構(gòu)造為，根據(jù)分析被測(cè)的單池溫度和/或蓄電池模塊溫度和/或根據(jù)分析蓄電池單池電壓或者蓄電池模塊電壓來(lái)識(shí)別危險(xiǎn)狀況的存在。在分析單元溫度和/或蓄電池模塊電壓時(shí)，尤其在單池溫度或蓄電池模塊溫度超過(guò)預(yù)定的溫度閾值和/或蓄電池模塊電壓發(fā)生電壓驟降的情況下識(shí)別危險(xiǎn)狀況。也能夠根據(jù)尤其是通過(guò)蓄電池管理系統(tǒng)通信的信息識(shí)別危險(xiǎn)情形。
[0038]此外，根據(jù)本發(fā)明的有一個(gè)利的改進(jìn)，監(jiān)控和控制單元還設(shè)置為，在蓄電池模塊的放電存在危險(xiǎn)狀況時(shí)借助至少于兩個(gè)半橋中至少之一如此控制耦合單元的功率半導(dǎo)體，使得接通半橋的第一或第二功率半導(dǎo)體，而相同半橋的第二或第一功率半導(dǎo)體在所謂的激活運(yùn)行中作為可控制的電阻工作，并且優(yōu)選地關(guān)斷另一半橋的第一或第二功率半導(dǎo)體；或者接通兩個(gè)半橋的第一或第二功率半導(dǎo)體并且兩個(gè)半橋的第二或第一功率半導(dǎo)體在激活運(yùn)行中工作。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式，如果識(shí)別到危險(xiǎn)情形，那么激活用于蓄電池模塊的快速放電的放電電路。因此，如果由蓄電池管理系統(tǒng)告知根據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)安全的蓄電池單池單元的監(jiān)控和控制單元的電子裝置設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的車(chē)輛具有事故,那么能夠通過(guò)放電電路——其在下文中也稱(chēng)為超快速放電電路(Ultra FastDischarge Device:UFDD)-盡可能快地將蓄電池單池放電。由此可達(dá)到的放電電流尤其不被熱功率損耗所限制，該熱功率損耗例如在作為可控制的電阻運(yùn)行的功率半導(dǎo)體中產(chǎn)生或者功率半導(dǎo)體能夠在持續(xù)運(yùn)行中被強(qiáng)加。然而，為了支持放電電路，能夠在危險(xiǎn)情形下同時(shí)將蓄電池模塊經(jīng)由耦合單元放電，其中在半橋之一中接通功率半導(dǎo)體而另一功率半導(dǎo)體在激活的運(yùn)行中作為可控制的電阻運(yùn)行。
[0040]所述放電電路能夠包括串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路具有電阻和功率半導(dǎo)體。在此放電電路能夠包括尤其是晶閘管。
[0041]此外該放電電路能夠包括具有再生開(kāi)關(guān)和再生電阻的再生電路。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面根據(jù)本發(fā)明危險(xiǎn)情形的識(shí)別有利地特別是也可靠地識(shí)別測(cè)試過(guò)程——在該測(cè)試過(guò)程期間測(cè)試蓄電池模塊——的實(shí)施或者其他對(duì)于蓄電池模塊類(lèi)似的情況。
[0043]如果本發(fā)明所述的蓄電池模塊例如在UN運(yùn)輸測(cè)試的范圍進(jìn)行穿刺測(cè)試(Na i IPenetration Test)或碰撞測(cè)試(Crush Test),根據(jù)本發(fā)明的的監(jiān)控和控制單元的電子裝置通過(guò)分析蓄電池單池電壓和/或蓄電池模塊電壓識(shí)別到通過(guò)電流將蓄電池模塊放電，而不會(huì)運(yùn)行該蓄電池模塊。該過(guò)程的識(shí)別能夠例如通過(guò)蓄電池模塊的電壓驟降實(shí)現(xiàn)。作為其結(jié)果立刻觸發(fā)經(jīng)由根據(jù)本發(fā)明的放電電路對(duì)該蓄電池模塊的放電，并且隨后基本上經(jīng)由放電電路對(duì)該蓄電池模塊放電。可選擇地也能夠在此如已經(jīng)闡明的那樣通過(guò)兩個(gè)半橋?qū)崿F(xiàn)蓄電池模塊的放電的支持。
[0044]如果蓄電池模塊遭受強(qiáng)烈地發(fā)熱，那么能夠通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)控和控制單元的電子裝置識(shí)別這一點(diǎn)。作為其結(jié)果立刻觸發(fā)例如經(jīng)由根據(jù)本發(fā)明的放電電路對(duì)該蓄電池模塊的放電，并且經(jīng)由放電電路及時(shí)將蓄電池模塊放電。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的電的本質(zhì)安全的蓄電池模塊接合安置于蓄電池模塊中的耦合單元和監(jiān)控和控制單元如此安全地實(shí)施，使得對(duì)比于傳統(tǒng)的蓄電池管理系統(tǒng)，能夠?qū)Ω鶕?jù)本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)提出更小的要求。除此之外能夠不用考慮當(dāng)今實(shí)施的非目的明顯的措施，例如給蓄電池模塊配備集成的過(guò)充安全裝置和/或集成的蓄電池單池安全裝置。
[0046]總而言之，根據(jù)本發(fā)明的電的本質(zhì)安全的蓄電池模塊能夠接合耦合單元、放電電路(超快速放電電路)以及監(jiān)控和控制單元如此安全地實(shí)施，使得對(duì)比于現(xiàn)有技術(shù)能夠?qū)π铍姵毓芾硐到y(tǒng)提出更小的要求。
[0047]而且在蓄電池模塊中實(shí)施的用于提高安全性的措施在存在強(qiáng)機(jī)械力作用的情況下、如給申請(qǐng)者的在蓄電池模塊設(shè)有集成的穿刺安全裝置和/或設(shè)有集成的碰撞安全裝置的情況下能夠不用考慮或者至少非常簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵诟鶕?jù)本發(fā)明的蓄電池模塊側(cè)的要求更小。在此實(shí)現(xiàn)了，強(qiáng)烈的機(jī)械力作用一如其例如在UN運(yùn)輸測(cè)試時(shí)仿真的那樣一在此能夠無(wú)危險(xiǎn)地作用于蓄電池單池電路中安置的蓄電池單池。這尤其還涉及借助于穿刺測(cè)試以尖刺的物體對(duì)蓄電池單池或蓄電池模塊的穿刺和/或借助于碰撞關(guān)于所有三個(gè)空間軸的蓄電池單池或蓄電池模塊的強(qiáng)烈變形，蓄電池模塊能夠借助于根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)控和控制單元自動(dòng)免于不允許的運(yùn)行狀態(tài)，在此不應(yīng)該分配到蓄電池管理系統(tǒng)的電子裝置的安全功能上。
[0048]因此由本發(fā)明所述的自我電保護(hù)蓄電池模塊提供了基本模塊，尤其是在電動(dòng)車(chē)輛和混合動(dòng)力車(chē)輛中，由基本模塊能夠構(gòu)建安全的蓄電池系統(tǒng),其安全性比由現(xiàn)有技術(shù)已知的蓄電池系統(tǒng)的安全性高得多。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0049]下面參照所附附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。其中:
[0050]圖1示出了由現(xiàn)有技術(shù)已知的具有牽引用蓄電池的原理電路圖；
[0051]圖2示出了一個(gè)示意圖，其示出了一個(gè)由現(xiàn)有技術(shù)已知的鋰離子蓄電池的故障機(jī)制，該故障機(jī)制能夠?qū)е略撲囯x子蓄電池的熱擊穿；
[0052]圖3示出了由現(xiàn)有技術(shù)已知的蓄電池系統(tǒng)的原理電路圖，該蓄電池系統(tǒng)包括由多個(gè)蓄電池單池構(gòu)成的牽引用蓄電池和蓄電池管理系統(tǒng)；
[0053]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施形式的蓄電池模塊的原理電路圖；
[0054]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施形式的蓄電池模塊的原理電路圖，連同根據(jù)本發(fā)明的超快速的放電電路的細(xì)節(jié)視圖；
[0055]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的超快速的放電電路的示例性的備選的實(shí)施形式；
[0056]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的超快速的放電電路的另一個(gè)替代的實(shí)施形式；
[0057]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施形式的蓄電池模塊的原理電路圖；
[0058]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施形式的蓄電池模塊的原理電路圖，連同單池監(jiān)控制電子裝置的替代的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0059]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施形式的蓄電池模塊的原理電路圖，連同單池監(jiān)控電子裝置的另一替代的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0060]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施形式的蓄電池模塊的原理電路圖，連同單池監(jiān)控電子裝置的另一替代的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0061]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施形式的蓄電池模塊的原理電路圖，連同單池監(jiān)控電子裝置的另一替代的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0062]圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施形式的蓄電池模塊的原理電路圖，連同單池監(jiān)控電子裝置的另一替代的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0063]圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施形式的蓄電池模塊的原理電路圖，連同單池監(jiān)控電子裝置的另一替代的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0064]圖15 —個(gè)方框電路圖，其示出了蓄電池的結(jié)構(gòu)，該蓄電池的蓄電池單池以根據(jù)本發(fā)明的蓄電池單池單元的形式設(shè)置；以及
[0065]圖16示出了具有三個(gè)蓄電池組的蓄電池直流逆變器的原理電路圖，其中多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的蓄電池模塊分別串聯(lián)連接。

【具體實(shí)施方式】
[0066]在以下詳細(xì)的描述中相同的附圖標(biāo)記用于相同或相似的元件。
[0067]圖4中示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施形式的蓄電池模塊221的原理電路圖。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施形式，蓄電池模塊221包括帶有多個(gè)蓄電池單池21的蓄電池單池電路226。蓄電池單池電路226在此為串聯(lián)電路，在本發(fā)明的其他實(shí)施形式中也能夠具有并聯(lián)電路或者并聯(lián)電路和串聯(lián)電路的結(jié)合。該蓄電池單池與單池監(jiān)控電子裝置(CSC) 28連接，該單池監(jiān)控電子裝置設(shè)置用于監(jiān)控每個(gè)蓄電池單池21。根據(jù)這里示出的實(shí)施形式通過(guò)中央的單池監(jiān)控電子裝置實(shí)施單池監(jiān)控電子裝置228，其與所有蓄電池單池21連接并且此外尤其能夠控制單元平衡。以及
[0068]此外蓄電池模塊221具有耦合單元，該耦合單元由帶有第一和第二功率半導(dǎo)體241,242的半橋240構(gòu)造。功率半導(dǎo)體241、242分別并聯(lián)連接二極管260，該二極管的導(dǎo)通方向與相應(yīng)的功率半導(dǎo)體241、242的導(dǎo)通方向相反。
[0069]半橋240在一個(gè)配屬給第一功率半導(dǎo)體(圖4的半橋的第一功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān))的第一連接端上與蓄電池單池電路226的正極222連接并且在一個(gè)配屬給第二功率半導(dǎo)體242(圖4的半橋的第二功率半導(dǎo)體電路)的第二連接端上與蓄電池單池電路226的負(fù)極223連接。此外半橋240在中間連接端上與蓄電池模塊221的第一輸出端子224連接。
[0070]此外根據(jù)本發(fā)明的蓄電池模塊221包括并聯(lián)連接于蓄電池單池電路226的監(jiān)控和控制單元230，該監(jiān)控和控制單元230用于監(jiān)控蓄電池單池21或者蓄電池模塊221的功能狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明該監(jiān)控和控制單元2 30設(shè)置具有用于功率半導(dǎo)體241、242的集成控制。
[0071]圖4中還示出了一種用于蓄電池系統(tǒng)的蓄電池管理系統(tǒng)211，該蓄電池系統(tǒng)帶有多個(gè)本發(fā)明所述的蓄電池模塊221。該蓄電池管理系統(tǒng)211構(gòu)造為，與監(jiān)控和控制單元230通信或者交換信息。蓄電池管理系統(tǒng)211和監(jiān)控和控制單元20之間的信息交換通過(guò)雙箭頭215表示。
[0072]此外監(jiān)控和控制單元230與單池監(jiān)控電子裝置228通信，該單池監(jiān)控電子裝置228構(gòu)造為全體蓄電池單池228的中央單池監(jiān)控電子裝置229。通信235能夠例如通過(guò)總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)，尤其是通過(guò)有線(xiàn)總線(xiàn)，例如CAN總線(xiàn)或者FlexRay實(shí)現(xiàn)。但是本發(fā)明不限于有線(xiàn)連接的總線(xiàn)。因此當(dāng)下文中談及(有線(xiàn)連接)總線(xiàn)時(shí)，通信能夠在多種情況下還通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接，例如藍(lán)牙來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此監(jiān)控電子裝置230通過(guò)中央單池監(jiān)控電子裝置229發(fā)送特別是電壓和/或電流測(cè)量值，該電壓和/或電流測(cè)量值由用于安全單池監(jiān)控的監(jiān)控和控制單元230處理，如下文所述。
[0073]如果監(jiān)控和控制單元230基于蓄電池模塊221的正常運(yùn)行根據(jù)蓄電池單池電壓和/或蓄電池模塊電壓超過(guò)第一閾值識(shí)別蓄電池模塊221的有威脅的過(guò)充，那么切斷半橋240的第一功率半導(dǎo)體241并且接通第二功率半導(dǎo)體242。因?yàn)樾铍姵啬K電壓處于仏^^-和Umaxjlodul的范圍內(nèi)，所以也在面臨過(guò)充，如在蓄電池或蓄電池模塊221充電發(fā)生故障時(shí)，切斷第一功率半導(dǎo)體241的二極管260。從而安全地避免了蓄電池模塊221進(jìn)一步充電。
[0074]如果監(jiān)控和控制單元230基于蓄電池模塊221的正常運(yùn)行根據(jù)蓄電池單池電壓和/或蓄電池模塊電壓低于第二閾值識(shí)別蓄電池模塊221的有威脅的深度放電，那么切斷半橋240的第一功率半導(dǎo)體241并且接通第二功率半導(dǎo)體242。之后不再有電流流經(jīng)蓄電池模塊221。可能由包括本發(fā)明所述的蓄電池模塊221的整個(gè)蓄電池系統(tǒng)向外輸出的電流在本發(fā)明所述的蓄電池模塊221中僅僅流經(jīng)蓄電池模塊221的耦合單元的功率半導(dǎo)體(半導(dǎo)體開(kāi)關(guān))241。
[0075]如果監(jiān)控和控制單元230基于蓄電池模塊221的正常運(yùn)行通過(guò)過(guò)高的放電電流識(shí)別蓄電池模塊221的有威脅的過(guò)載，該過(guò)高的放電電流例如能夠由于逆變器故障造成的蓄電池外部短路而產(chǎn)生，那么切斷半橋240的第一功率半導(dǎo)體241并且接通第二功率半導(dǎo)體242。然后不再有電流流經(jīng)蓄電池模塊221。這樣蓄電池模塊221被防止加載不允許的高放電電流。
[0076]如果監(jiān)控和控制單元230基于蓄電池模塊221的正常運(yùn)行通過(guò)過(guò)高的充電電流識(shí)別蓄電池模塊221的有威脅的過(guò)載，該過(guò)高的充電電流例如在很低的溫度時(shí)，蓄電池單池電路226的蓄電池單池21對(duì)可以尤其構(gòu)造在陽(yáng)極上的鋰涂層上特別敏感，那么通過(guò)監(jiān)控和控制單元230切斷半橋240的第一功率半導(dǎo)體241并且接通第二功率半導(dǎo)體242。然后不再有電流流經(jīng)蓄電池模塊221。這樣蓄電池模塊221被防止加載不允許的高充電電流。
[0077]如果本發(fā)明所述的本質(zhì)安全蓄電池模塊221的監(jiān)控和控制單元230例如在車(chē)輛中被蓄電池管理單元221告知，該車(chē)輛發(fā)生了交通事故，那么該蓄電池模塊221通過(guò)半橋240放電。此外第二功率半導(dǎo)體242被接通并且第一功率半導(dǎo)體241在所謂的激活運(yùn)行下作為可控制的電阻運(yùn)行。然后蓄電池模塊221在其輸出端子224、225上不輸出電流并且盡管慢但是放電。能夠?qū)崿F(xiàn)的放電電路被熱損耗功率限制，其可以在持續(xù)工作強(qiáng)加給作為可控電阻工作的功率半導(dǎo)體241。尤其是作為可控電阻工作的功率半導(dǎo)體241在此被設(shè)定包括其熱連接和冷卻在內(nèi)的相應(yīng)的需求。
[0078]根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施形式的蓄電池模塊221還包括作為超快速放電電路(Ultra Fast Discharge Device:UFDD)的放電電路270。放電電路270設(shè)置在蓄電池模塊221中以用于借助于流經(jīng)放電電路270的放電電流將蓄電池單池21放電。如果依據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)安全的蓄電池模塊221的監(jiān)控和控制單元230被安置在帶有多個(gè)這種蓄電池模塊221的蓄電池系統(tǒng)中的蓄電池管理系統(tǒng)告知，其中裝有本發(fā)明所述的蓄電池系統(tǒng)的車(chē)輛發(fā)生了事故，那么蓄電池模塊221通過(guò)放電電路270快速放電。為了協(xié)助放電電路270，蓄電池模塊221可以同時(shí)也通過(guò)半橋240放電。為了支持放電電路270，通過(guò)監(jiān)控和控制單元230接通半橋240的第二功率半導(dǎo)體242。然后在放電過(guò)程中蓄電池模塊221在其終端或者輸出端子224、225不輸出電壓。放電電路270可以設(shè)計(jì)為，蓄電池模塊221能夠以接近短路的非常高的放電電流放電。因此蓄電池模塊221被非?？斓貛У桨踩珷顟B(tài)。對(duì)此可以從車(chē)輛級(jí)別情況上控制，其中蓄電池模塊221在機(jī)械上強(qiáng)烈地變形或者通過(guò)尖刺的物體刺透。在此能夠支持地借助于監(jiān)控和控制單元230也在激活的運(yùn)行下作為可控制的電阻運(yùn)行第一功率半導(dǎo)體241。
[0079]在圖5中示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施形式的根據(jù)本發(fā)明的蓄電池模塊221。與圖1中示出的整個(gè)示意圖不同，圖5中尤其詳細(xì)地示出了放電電路(UFDD) 270且在此包含連接于正極222和負(fù)極223之間的串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路由功率半導(dǎo)體271和電阻272組成。
[0080]但是本發(fā)明不限于特定的(超快速)放電電路270的實(shí)施形式。因此在圖6和7中示出了超快速的放電電路(UFDD)270的另一示例性的實(shí)施形式。放電電路270為重要的功能單元之一，以便獲得本質(zhì)安全的蓄電池模塊221，并且由此應(yīng)該通過(guò)放電快速地使得蓄電池模塊221處于安全狀態(tài)。圖6中示出了基于使用(短路)晶閘管273的放電電路270的實(shí)現(xiàn)。晶閘管的突出之處在于特別的魯棒性和電流承載能力并且因此是對(duì)于在此的本應(yīng)用情況適合的半導(dǎo)體元件?？赡芘c晶閘管273的應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)特別是關(guān)于接通和關(guān)斷特性在本應(yīng)用中不導(dǎo)致承載。如圖6中示出的，即將實(shí)現(xiàn)的超快速電路270包括歐姆電阻272和短路晶閘管273的串聯(lián)電路。從而歐姆電阻272可以要么通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)電阻和短路電路的接觸電阻274、275實(shí)現(xiàn)，要么通過(guò)專(zhuān)用的元件實(shí)現(xiàn)。歐姆電阻272連同蓄電池單池的內(nèi)阻限制在蓄電池單池21的快速放電中的短路電流。
[0081]圖7中示出了超快速放電電路270的另一實(shí)施形式，其基于再生器或者再生電路。該再生器能夠基于可接通和可斷開(kāi)的電子半導(dǎo)體閥門(mén)276和再生電阻構(gòu)成，其中半導(dǎo)體閥門(mén)276由根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)控和控制單元230控制。在蓄電池模塊221快速放電時(shí)，采樣電阻272連同蓄電池模塊221或者蓄電池單池21的內(nèi)阻一起限制最大放電電流。對(duì)于可接通和可斷開(kāi)的電子半導(dǎo)體閥276以特別的方式適合的是MOSFET，因?yàn)樵揗OSFET基于對(duì)截止電壓的小的要求能夠以非常小的接通電阻實(shí)現(xiàn)。由蓄電池單池21的能量消耗能夠通過(guò)再生電路控制。因此能夠例如在放電的開(kāi)始以持續(xù)接通的再生器快速地從蓄電池單池21吸取能量。當(dāng)再生電阻272和再生開(kāi)關(guān)276發(fā)熱時(shí)隨后能夠轉(zhuǎn)換為脈沖的運(yùn)行或塊運(yùn)行。此外在圖7中還示出了并聯(lián)連接的反向二極管277、278。
[0082]因此綜上所述可以使用根據(jù)本發(fā)明的超快速放電電路270來(lái)實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全蓄電池模塊221。此外如上文已經(jīng)闡明的，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的蓄電池模塊221的半橋電路240，能夠防止過(guò)量充電、深度放電和以太高的充電電流和放電電流經(jīng)量充電。這里電子安全裝置的邊界值可以動(dòng)態(tài)調(diào)整，例如相關(guān)于蓄電池單池21的溫度。蓄電池模塊221還可以在強(qiáng)大的機(jī)械力作用下本質(zhì)安全，例如在發(fā)生事故時(shí)。對(duì)此在識(shí)別危險(xiǎn)的狀況時(shí)蓄電池模塊221通過(guò)放電電路270盡快放電。與此同時(shí)蓄電池模塊221在強(qiáng)烈受熱時(shí)本質(zhì)安全。對(duì)此在識(shí)別危險(xiǎn)狀況時(shí)蓄電池模塊221通過(guò)放電電路270盡快放電?？梢赃@樣設(shè)計(jì)放電電路270，即放電電流不超過(guò)適于蓄電池模塊221的最大允許的最大短路電流。
[0083]在根據(jù)當(dāng)今的現(xiàn)有技術(shù)使用集成于蓄電池模塊中的安全裝置時(shí)，合適的短路電流路徑取決于具體情況。因此，電池模塊的行為不能被準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)，并且不能被再現(xiàn)。這個(gè)缺點(diǎn)能夠通過(guò)此處已有的放電電路避免。此處蓄電池模塊221的電壓可以由半橋240精確地設(shè)定。在激活放電電路270時(shí)，半橋240的第二功率半導(dǎo)體也自動(dòng)接通，當(dāng)通過(guò)放電電路270實(shí)現(xiàn)快速放電時(shí)，本質(zhì)安全蓄電池模塊221在其輸出端子224、225上具有OV電壓。
[0084]圖8中示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施形式的蓄電池模塊221的原理電路圖。不同于根據(jù)圖4的實(shí)施形式，蓄電池模塊221在此包括兩個(gè)半橋240、250。更具體地說(shuō)，根據(jù)圖8蓄電池模塊221包括蓄電池單池電路226和耦合單元，該耦合單元由帶有第一和第二功率半導(dǎo)體241、242的第一半橋(圖9中右側(cè)的半橋)240和帶有第一和第二功率半導(dǎo)體251、252的第二半橋(圖9中左側(cè)的半橋)250構(gòu)造。兩個(gè)半橋240、250 —起形成具有四個(gè)功率半導(dǎo)體241、242、251、252的全橋。功率半導(dǎo)體241、242、251、252分別并聯(lián)連接二極管260，其導(dǎo)通方向與相應(yīng)的功率半導(dǎo)體241、242、251、252的導(dǎo)通方向相反。
[0085]第一半橋240在一個(gè)配屬給第一功率半導(dǎo)體(圖9中的右側(cè)半橋的第一功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān))241的第一連接端上與蓄電池單池電路226的正極222連接，并且在一個(gè)配屬給第二功率半導(dǎo)體242 (圖9中的右側(cè)半橋的第二功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān))的第二連接端上與蓄電池單池電路226的負(fù)極223連接。第一半橋240還在中間連接端上與蓄電池模塊221的第一輸出端子224連接。
[0086]第二半橋250在一個(gè)配屬給第一功率半導(dǎo)體(圖9中的左側(cè)半橋的第一功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān))251的第一連接端上與蓄電池單池電路226的正極222連接，并且在一個(gè)配屬給第二功率半導(dǎo)體(圖9中的左側(cè)半橋的第二功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān))252的第二連接端上與蓄電池單池電路226的負(fù)極223連接。第二半橋250還在中間連接端上與蓄電池模塊221的第二輸出端子225連接。
[0087]根據(jù)圖8的全橋的安全功能類(lèi)似于根據(jù)圖4的半橋?；谌珮蜓b置然而能夠借助于按照本發(fā)明的監(jiān)控和控制單元230如此控制功率半導(dǎo)體241、242、251、252，使得如果在正常運(yùn)行下蓄電池單池21應(yīng)該沿正方向(+UBat—le)輸出蓄電池單池電壓到輸出端子224、225，那么接通第一半橋240的第一功率半導(dǎo)體241以及第二半橋250的第二功率半導(dǎo)體252并且關(guān)斷其他兩個(gè)功率半導(dǎo)體242、251。
[0088]此外能夠借助于按照本發(fā)明的監(jiān)控和控制單元230如此控制功率半導(dǎo)體241、242、251、252，使得如果在正常運(yùn)行下蓄電池單池21應(yīng)該沿負(fù)方向(-UBatteHezelle)輸出蓄電池單池電壓到輸出端子224、225，那么接通第一半橋240的第二功率半導(dǎo)體242以及第二半橋250的第一功率半導(dǎo)體251并且關(guān)斷其他兩個(gè)功率半導(dǎo)體241、252。
[0089]此外還能夠借助于按照本發(fā)明的監(jiān)控和控制單元230如此地控制功率半導(dǎo)體241、242、251、252，使得在蓄電池單池21的正常運(yùn)行下可選擇地蓄電池單池21的功能狀態(tài)也是可調(diào)節(jié)的，在該功能狀態(tài)下蓄電池單池21不發(fā)出輸出電壓。在該狀態(tài)下，或者接通兩個(gè)半橋240、250的第一功率半導(dǎo)體241、251并且關(guān)斷其他兩個(gè)功率半導(dǎo)體242、252，或者接通兩個(gè)半橋240、250的第二功率半導(dǎo)體242、252并且關(guān)斷其他兩個(gè)功率半導(dǎo)體241、252。
[0090]如果監(jiān)控和控制單元230基于蓄電池模塊221的正常運(yùn)行根據(jù)超過(guò)第一電壓閾值或其值低于第二電壓閾值的蓄電池單池電壓和/或其值超過(guò)預(yù)定的充電電流閾值的充電電流和/或其值超過(guò)預(yù)定的放電電流閾值的放電電流識(shí)別到蓄電池模塊221的有威脅的過(guò)充，那么能夠使得耦合單元的功率半導(dǎo)體241、242、251、252處于一種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在該開(kāi)關(guān)狀態(tài)下沒(méi)有電流流經(jīng)蓄電池單池。這能夠由此實(shí)現(xiàn)，其方法是，或者接通兩個(gè)半橋240、250的第一功率半導(dǎo)體241、251并且關(guān)斷其他兩個(gè)功率半導(dǎo)體242、252，或者替換地接通兩個(gè)半橋240、250的第二功率半導(dǎo)體242、252并且關(guān)斷其他兩個(gè)功率半導(dǎo)體241、242。
[0091 ] 類(lèi)似地能夠在本發(fā)明的第二實(shí)施形式中，如果按照本發(fā)明的本質(zhì)安全的蓄電池模塊221的監(jiān)控和控制單元230在車(chē)輛中被蓄電池管理系統(tǒng)211告知，該車(chē)輛發(fā)生了事故，那么通過(guò)兩個(gè)半橋240、250中之一也或通過(guò)兩個(gè)半橋240、250并行地將蓄電池模塊221放電，其中優(yōu)選地然而為了放電應(yīng)用超快速放電電路270。
[0092]如果蓄電池模塊221例如在UN運(yùn)輸測(cè)試的范圍內(nèi)進(jìn)行穿刺測(cè)試(NailPenetrat1n Test)或者碰撞測(cè)試(Crush Test)或者處于類(lèi)似的情況中，那么監(jiān)控和控制單元230通過(guò)分析蓄電池單池電壓和/或蓄電池模塊電壓識(shí)別蓄電池模塊221通過(guò)電流放電，而不會(huì)運(yùn)行該蓄電池模塊。該過(guò)程的識(shí)別能夠例如通過(guò)蓄電池模塊221的電壓驟降實(shí)現(xiàn)。然后監(jiān)控和控制單元230立刻觸發(fā)蓄電池模塊221通過(guò)本發(fā)明所述的放電電路270放電，并且蓄電池模塊221之后基本上通過(guò)放電電路270放電。
[0093]如果蓄電池模塊221受到強(qiáng)烈發(fā)熱，那么能夠由監(jiān)控和控制單元230識(shí)別這一點(diǎn)。因?yàn)樾铍姵啬K221或蓄電池單池21的發(fā)熱的時(shí)間常數(shù)一般非常大，所以能夠在蓄電池單池溫度和/或蓄電池模塊溫度超過(guò)臨界值以前通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的放電電路270及時(shí)引起蓄電池模塊221放電。蓄電池模塊221的放電也可以選擇通過(guò)兩個(gè)半橋240、250實(shí)現(xiàn)。為了支持放電電路270，借助于監(jiān)控和控制單元230特別是接通兩個(gè)半橋240、250的兩個(gè)第二功率半導(dǎo)體242、252。因此蓄電池模塊221相比于現(xiàn)有技術(shù)安全得多。
[0094]在此提出的根據(jù)本發(fā)明的蓄電池模塊221中位于在輸出端子224、225上的蓄電池模塊電壓在激活安全措施時(shí)或者在激活超快速放電電路(UFDD) 270時(shí)保持根據(jù)總是小于例如4.2VXn (η=蓄電池模塊221的蓄電池單池電路226中的蓄電池單池的數(shù)目)的最大允許的蓄電池單池電壓的數(shù)值。這同樣是相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的極大的改善，因?yàn)榉駝t例如在激活蓄電池內(nèi)部的熔化安全裝置能夠出現(xiàn)非常高的負(fù)電壓，該負(fù)電壓在電動(dòng)車(chē)輛蓄電池上能夠達(dá)到-400V，蓄電池管理系統(tǒng)的電子裝置會(huì)出現(xiàn)大問(wèn)題。
[0095]圖9中示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施形式的蓄電池模塊221的原理電路圖。不同于在圖4、5和8中示出的實(shí)施形式，這里蓄電池單池21分別裝配有自身的單池監(jiān)控電子裝置231。此外，與在另一個(gè)或者討論過(guò)的實(shí)施形式相似，也存在中央單池監(jiān)控電子裝置229，其中然而單池監(jiān)控的幾個(gè)功能不是在中央單池監(jiān)控電子裝置229中而是在各個(gè)蓄電池單池21中或在相應(yīng)的蓄電池單池自身的單池監(jiān)控電子裝置231中構(gòu)成。為此中央單池監(jiān)控電子裝置229與蓄電池單池中的每個(gè)單池監(jiān)控電子裝置231通信。該通信235能夠借助于總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)，不僅中央單池監(jiān)控電子裝置229而且蓄電池單池自身的單池監(jiān)控電子裝置231連接到該總線(xiàn)。反之，與圖4、5和8相似，根據(jù)本發(fā)明所述的監(jiān)控和控制單元230與中央單池監(jiān)控電子裝置229通信。
[0096]圖10中示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施形式的蓄電池模塊的原理電路圖。不同于圖9的實(shí)施形式，蓄電池單池自身的單池監(jiān)控電子裝置231在此分別經(jīng)由一個(gè)自身的亦即獨(dú)立的通信總線(xiàn)與中央單池監(jiān)控電子裝置229連接，該中央單池監(jiān)控電子裝置為此在示出側(cè)具有相應(yīng)更多數(shù)量的接口。
[0097]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施形式的蓄電池模塊221的原理電路圖，其中根據(jù)該實(shí)施形式在蓄電池單池自身的單池監(jiān)控電子裝置231和中央單池監(jiān)控電子裝置229之間存在通信連接235，從而中央單池監(jiān)控電子裝置229僅僅與唯一的單池監(jiān)控電子裝置231直接通信。蓄電池單池自身的單池監(jiān)控電子裝置231例如通過(guò)菊花鏈相互通信，從而所有相關(guān)的蓄電池單池?cái)?shù)據(jù)首先通過(guò)菊花鏈，然后通過(guò)在圖中以附圖標(biāo)記235標(biāo)記的通信連接傳輸。
[0098]本發(fā)明不限于這種安置在每個(gè)蓄電池單池21內(nèi)的蓄電池單池自身的單池監(jiān)控裝置231。可以設(shè)想替代方案為，對(duì)每個(gè)蓄電池單池21，在蓄電池單池21外安置相對(duì)獨(dú)立的單池監(jiān)控電子裝置231且與蓄電池單池21連接，其中可選擇地中央(主)單池監(jiān)控電子裝置229能夠存在。
[0099]圖12到14示出了本發(fā)明的另一實(shí)施形式，其中在這些實(shí)施形式中監(jiān)控和控制單元230直接與蓄電池單池自身的單池監(jiān)控電子裝置231連接，而不存在中央單池監(jiān)控電子裝置229。因此一些單池監(jiān)控任務(wù)直接在蓄電池單池21內(nèi)/上進(jìn)行，其中獲取的單池監(jiān)控電子裝置231的測(cè)量結(jié)果和輸出不能通過(guò)監(jiān)控和控制單元230通信獲得。
[0100]監(jiān)控和控制單元230與單池監(jiān)控電子裝置231在此與在實(shí)施形式中相似地直接進(jìn)行通信，結(jié)合圖9到11在上文中進(jìn)一步的討論，不同的是，相應(yīng)的通信總線(xiàn)與監(jiān)控和控制單元230連接而不與中央單元監(jiān)控和控制單元連接。而在圖13中在一方面監(jiān)控和控制單元230與另一方面相應(yīng)的單池監(jiān)控電子裝置231之間存在多個(gè)通信連接或總線(xiàn)。此外圖14示出了一個(gè)實(shí)施例，其中各個(gè)單池監(jiān)控電子裝置231相互通信，其中多個(gè)單池監(jiān)控電子裝置231之一與監(jiān)控和控制單元230連接。
[0101 ] 如本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所知，中央單池監(jiān)控電子裝置229和蓄電池單池自身的單池監(jiān)控電子裝置231的不同組合能夠安置在蓄電池模塊221中，蓄電池模塊221包含帶有本發(fā)明所述的放電電路270的監(jiān)控和控制單元230。這方面的例子尤其在上文中結(jié)合圖8到14進(jìn)一步討論。因此圖4和5中示出的蓄電池模塊221也不限于那里所提到的示例性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其實(shí)圖4到5中所示的蓄電池模塊221的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也可以構(gòu)建得類(lèi)似于圖9到14所示的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。換言之，盡管根據(jù)圖4和5的監(jiān)控和控制單元230和單池監(jiān)控電子裝置228、229的組合的連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相當(dāng)于圖8所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在其他實(shí)施例中，連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也相當(dāng)于圖9到14所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),其中替代實(shí)施形式在這一點(diǎn)上僅僅處于簡(jiǎn)單不再進(jìn)一步討論。
[0102]這里提出的本發(fā)明所述的蓄電池模塊221不限于鋰離子蓄電池單池。它其實(shí)也能夠包含其他的蓄電池單池技術(shù)，例如鎳-金屬氫化物蓄電池單池。
[0103]在這里提到的本發(fā)明所述的帶有可換極的輸出電壓本質(zhì)安全蓄電池模塊221能夠取消目前使用的過(guò)量充電安全裝置(Overcharge Safty Devices:0SDs)和蓄電池單池安全裝置(Cell Fuses)。這些為了提高在機(jī)械變形或穿透時(shí)的安全性采用的措施、例如給蓄電池單池設(shè)置集成的穿刺安全裝置能夠活著同樣不用考慮或者至少非常簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)。通過(guò)在此提出的按照本發(fā)明的蓄電池模塊221能夠構(gòu)成蓄電池系統(tǒng)，對(duì)該蓄電池系統(tǒng)的蓄電池管理系統(tǒng)211相比于對(duì)由現(xiàn)有技術(shù)已知的蓄電池系統(tǒng)提出更少的要求。蓄電池管理系統(tǒng)211的電子裝置因此能夠預(yù)測(cè)地僅僅以通常的直流確保措施(ASIL-分級(jí)QM)開(kāi)發(fā)并且不必須滿(mǎn)足ASIL C。蓄電池系統(tǒng)的安全能夠相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)極大地改善。
[0104]圖15中示出了帶有本發(fā)明所述的蓄電池模塊221的示例性的實(shí)施形式的蓄電池的結(jié)構(gòu)。如圖15清晰可見(jiàn)，那里所示的蓄電池的每個(gè)蓄電池模塊221具有放電電路270和帶有半橋240的耦合單元。出于圖示的簡(jiǎn)化省去了在每個(gè)蓄電池模塊221中設(shè)置的監(jiān)控和控制單元230的明確的表示。
[0105]基于在此提出的按照本發(fā)明的蓄電池模塊221的功能，為了使得蓄電池模塊電壓換極，按照本發(fā)明的蓄電池模塊221尤其適用于使用在帶有分級(jí)可調(diào)節(jié)的輸出電壓的蓄電池直流逆變器210中。
[0106]使用這里所提出的按照本發(fā)明的電的本質(zhì)安全的蓄電池模塊221的例子為在圖16中示出的蓄電池直流逆變器210。在圖16中示出的蓄電池直流逆變器210為具有分級(jí)可調(diào)節(jié)的輸出電壓的三相蓄電池系統(tǒng)。該蓄電池直流逆變器210包括三個(gè)蓄電池組280、290、300，其分別具有由多個(gè)本發(fā)明所述的蓄電池模塊221構(gòu)成的串聯(lián)電路。蓄電池組280、290、300的這些串聯(lián)電路分別通過(guò)充電和分離裝置40與正蓄電池組電極281、291、301連接并且分別通過(guò)分離裝置50與負(fù)蓄電池組電極282、292、302連接。
[0107]根據(jù)本發(fā)明在此如此控制蓄電池單池或蓄電池模塊，使得其運(yùn)行參數(shù)位于在相應(yīng)的閾值內(nèi)，這些運(yùn)行參數(shù)對(duì)于安全的運(yùn)行是必要的。
[0108]因此鋰離子蓄電池單池典型在2.8V到4.2V的電壓范圍Umin至Umax內(nèi)，或者優(yōu)選地在3.0V到4.2V內(nèi)運(yùn)行。這尤其適用于與安全相關(guān)的值Umin_safety或Umax_safety。然而該說(shuō)明適用于在空載時(shí)待測(cè)量蓄電池單池的電壓U，即在沒(méi)有電流流經(jīng)蓄電池單池時(shí)。在此必須一定注意這些閾值，因?yàn)榉駝t電極能夠遭受損壞。
[0109]蓄電池單池的空載電壓基本上依賴(lài)于其充電狀態(tài)。在此典型地，當(dāng)電壓UBatteriezelle為2.8V時(shí)充電狀態(tài)SOC采用0%，在3.5V時(shí)通充電狀態(tài)采用20%，且在4.2V時(shí)充電狀態(tài)采用100%，在此這些值分別依賴(lài)于陰極、陽(yáng)極和/或使用的電解質(zhì)的類(lèi)型和材料。
[0110]當(dāng)電流流經(jīng)蓄電池單池時(shí)，蓄電池單池電壓UBatteriezelle不同于上述的數(shù)量說(shuō)明。假設(shè)，空載電壓為3.5V，且蓄電池單池的內(nèi)阻在25°C時(shí)為ΙΟι?Ω。在充電電流為10A時(shí)，那么得出所測(cè)的電壓值UBatteriezelle為3.5V+1.0V=4.5V。但是在溫度為O°C時(shí)蓄電池單池的內(nèi)阻示例性地達(dá)到50m Ω，在示例性的放電電流為50A得到電壓值UBatteriezelle為3.5V減去2.5V等于1.0V0但是根據(jù)采用過(guò)的控制和使用過(guò)的傳感器在室溫或者O °C時(shí)不能達(dá)到該電壓值。通常在蓄電池單池工作時(shí)Umax的值處于4.2V到5.0V之間，且Umin的值處于1.5V到4.2V之間，優(yōu)選地處于1.8V和4.15V之間，然而這些值與空載電壓無(wú)關(guān)。
[0111]上述的電壓值適用于單個(gè)蓄電池單池。對(duì)蓄電池模塊來(lái)說(shuō)該值取決于多少個(gè)單元串聯(lián)或者并聯(lián)連接。從而允許的模塊空載電壓UBatteriemodul處于nX2.8V到nX4.2V之間，其中η代表相互串聯(lián)連接的蓄電池單池的數(shù)量。
[0112]在鋰離子蓄電池單池中用于溫度的閾值為大約Tmin=_40 V且Tmax=30 V至50°C，，優(yōu)選地為30°C至45°C，最優(yōu)選的為35°C至40°C。從安全性角度出發(fā)，最大溫度Tmax-safety應(yīng)該為46°C至80°C，優(yōu)選地不超過(guò)50°C至60°C。此外運(yùn)行蓄電池單池的最大的外部溫度Tau β en應(yīng)該不超過(guò)40 °C。
[0113]流經(jīng)蓄電池單池的蓄電池電流不應(yīng)該位于-1000A到+1000A、優(yōu)選地位于-600A到+600A、更優(yōu)選地位于-500A到+500A、還更優(yōu)選地位于-450A到+450A、還更優(yōu)選地位于-350到+350A的范圍之外。
[0114]蓄電池單池的內(nèi)部壓力不應(yīng)該離開(kāi)2bar到8bar的壓力范圍，優(yōu)選地不離開(kāi)3bar到7bar的壓強(qiáng)范圍。
[0115]上文的討論示例性地用于鋰離子蓄電池單池或者鋰離子蓄電池模塊，其中給出的值尤其適用于具有鋰-鎂-鈷氧化物作為用于陰極的活性材料的鋰離子蓄電池單池。然而本發(fā)明不限于這樣的蓄電池單池、尤其是不限于鋰離子蓄電池單池。在實(shí)踐中因此待選擇的運(yùn)行參數(shù)的數(shù)值依賴(lài)于相應(yīng)的蓄電池單池類(lèi)型。
[0116]除了上述書(shū)面的公開(kāi)之外，在此為了進(jìn)一步公開(kāi)本發(fā)明補(bǔ)充地參考在圖1至16中的圖示。
【權(quán)利要求】
1.一種蓄電池模塊(221)，其具有帶有多個(gè)蓄電池單池(21)的蓄電池單池電路(226)和用于監(jiān)控所述蓄電池模塊(221)的功能狀態(tài)的監(jiān)控和控制單元(230)，其特征在于，所述蓄電池模塊(221)包括具有在半橋裝置中連接的功率半導(dǎo)體(241、242)的耦合單元和與所述蓄電池單池電路(226 )耦合的用于所述蓄電池模塊(221)的快速放電的放電電路(270 )，所述功率半導(dǎo)體用于在所述蓄電池模塊(221)的輸出端子(224、225)上耦合所述蓄電池單池電路(226)，其中，所述功率半導(dǎo)體(241、242)由所述監(jiān)控和控制單元(230)是可控制的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池模塊(221)，其中，所述監(jiān)控和控制單元(230)被構(gòu)造為監(jiān)控蓄電池單池電壓和/或蓄電池模塊電壓和/或流經(jīng)所述蓄電池模塊(221)的電流，并且當(dāng)存在其值超過(guò)第一電壓閾值的蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓時(shí)，和/或當(dāng)存在其值低于第二電壓閾值的蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓時(shí)，和/或當(dāng)存在其值超過(guò)預(yù)定的充電電流閾值的充電電流時(shí)，和/或當(dāng)存在其值超過(guò)預(yù)定的放電電流閾值的放電電流時(shí)，使得所述耦合單元的所述功率半導(dǎo)體(241、242)處于在該開(kāi)關(guān)狀態(tài)下沒(méi)有電流流經(jīng)所述蓄電池模塊(221)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池模塊(221)，其中，所述監(jiān)控和控制單元(230)被構(gòu)造為根據(jù)尤其是通過(guò)蓄電池管理系統(tǒng)通信的信息和/或?qū)λ鶞y(cè)量的單池溫度或蓄電池模塊溫度的分析，尤其是在超過(guò)預(yù)定的溫度閾值的單池溫度或蓄電池模塊溫度的情況下和/或?qū)π铍姵啬K電壓的分析，尤其是在所述蓄電池模塊電壓的電壓驟降的情況下來(lái)識(shí)別危險(xiǎn)情形的存在；并且在存在所述危險(xiǎn)情形的情況下激活用于所述蓄電池模塊(221)的快速放電的所述放電電路(270)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蓄電池模塊(221)，其中，所述放電電路(270)包括串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路具有電阻(272)和功率半導(dǎo)體(271)、尤其是具有晶閘管和/或帶有再生開(kāi)關(guān)和再生電阻的再生電路，并且所述放電電路被設(shè)置為在激活的狀態(tài)下所述蓄電池模塊(221)以預(yù)定的放電電流或以由所述放電電路(270)控制的借助于所述監(jiān)控和控制單元(230 )可控制的放電電流來(lái)放電。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池模塊(221)，其中所述耦合單元包括兩個(gè)半橋，所述兩個(gè)半橋分別包括與所述蓄電池單池電路(226)的正極(222)耦合的第一功率半導(dǎo)體(241、251 )、與所述蓄電池單池電路(226)的負(fù)極耦合的第二功率半導(dǎo)體(242、252)和中間連接端并且經(jīng)由相應(yīng)的中間連接端與所述蓄電池模塊(221)的相應(yīng)的另一個(gè)輸出端子(224、225)連接，其中，所述蓄電池模塊(21)被設(shè)置為在正常運(yùn)行下借助于通過(guò)所述監(jiān)控和控制單元(230)的控制如此地運(yùn)行所述耦合單元，以使得可選擇地在所述蓄電池模塊的所述輸出端子(224、225 )上以正的或負(fù)的方向施加蓄電池模塊電壓或者不施加蓄電池模塊電壓。
6.一種用于借助于在蓄電池模塊(221)中安置的監(jiān)控和控制單元(230)監(jiān)控具有由多個(gè)蓄電池單池(21)組成的蓄電池單池電路(226)的蓄電池模塊(221)的方法，其特征在于，借助于耦合單元驅(qū)動(dòng)所述蓄電池模塊(221)，所述耦合單元包括在半橋裝置中連接的功率半導(dǎo)體(241、242)，所述功率半導(dǎo)體(241、242)用于在所述蓄電池模塊(221)輸出端子(224,225)上耦合所述蓄電池單池電路(226)，其中如果由所述監(jiān)控和控制單元(230)確定所述蓄電池模塊(221)的故障情形或危險(xiǎn)情形，那么借助于所述耦合單元和/或借助于與所述蓄電池單池電路(226)耦合的放電電路(270)使得所述蓄電池單池電路(226)處于安全狀態(tài)，所述放電電路(270 )被設(shè)置用于所述蓄電池模塊(221)的快速放電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，通過(guò)放電使得所述蓄電池模塊(221)處于所述安全狀態(tài)，通過(guò)如此地控制所述耦合單元，使得在所述半橋(240、250)中接通一個(gè)功率半導(dǎo)體(241、242)而另一功率半導(dǎo)體(241、242)在激活的運(yùn)行中作為可控的電阻運(yùn)行，和/或借助于所述放電電路(270)以流經(jīng)所述放電電路(270)的放電電流將所述蓄電池模塊(226)放電，所述放電電路(270)對(duì)應(yīng)于所述蓄電池模塊(221)的短路電流的預(yù)定的一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的方法，其中，所述蓄電池模塊(221)處于所述安全狀態(tài)，通過(guò)接通所述半橋(240、250)的第一功率半導(dǎo)體(241、251)，從而導(dǎo)通地連接所述蓄電池模塊(221)的第一輸出端子和第二輸出端子，并且關(guān)斷相同的半橋(240、250)的第二功率半導(dǎo)體，或者在由兩個(gè)半橋(240、250)組成的耦合單元的應(yīng)用中，分別接通兩個(gè)與所述第一輸出端子(224)連接的功率半導(dǎo)體(241、251)或者兩個(gè)與所述第二輸出端子(225)連接的功率半導(dǎo)體(242、252)。
9.一種蓄電池系統(tǒng)(210)，其特征在于，所述蓄電池系統(tǒng)(210)包括蓄電池和蓄電池管理系統(tǒng)(211)，所述蓄電池具有至少一個(gè)蓄電池組(280、290、300)，在所述蓄電池組(280、290、300)中安置有多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的蓄電池模塊(221)，其中，所述蓄電池管理系統(tǒng)(211)被構(gòu)造用于與所述蓄電池模塊(221)的監(jiān)控和控制單元(230)進(jìn)行通信。
10.一種機(jī)動(dòng)車(chē)，其具有電動(dòng)機(jī)和給所述電機(jī)供電的牽引用蓄電池，所述牽引用蓄電池包括根據(jù)所述權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的蓄電池模塊(221)或根據(jù)權(quán)利要求9所述的蓄電池系統(tǒng)(210)。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104052102SQ201410096592
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】H·芬克 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會(huì)社