用於在使用蓄電池模塊時提升安全的方法和裝置製造方法
2023-05-28 09:45:16
用於在使用蓄電池模塊時提升安全的方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於引起車輛中的蓄電池模塊的安全狀態的方法，其中，不斷地檢查和評估該蓄電池模塊的當前的狀態並且所引起的蓄電池模塊的安全狀態涉及這樣的狀態，在該狀態中減小損壞的蓄電池模塊的影響和/或者降低蓄電池模塊的損壞概率，其中，根據能夠推斷出蓄電池模塊的過充狀態的特徵量實現安全狀態的引起。
【專利說明】用於在使用蓄電池模塊時提升安全的方法和裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種用於在使用蓄電池模塊時提升安全性的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]根據現有的技術已知用於本質安全的蓄電池模塊的安全性設計。例如熔化熔斷器以及阻止或者消除蓄電池模塊的範圍中的過高的電壓的措施就屬於現有的技術。例如，在DE 102 011 113 798 Al中公開了一種模塊化的蓄電池，其中，為了避免與蓄電池相關的危險，該蓄電池模塊中的每個的串聯電路和並聯電路都能夠被接通和斷開。
【發明內容】
[0003]本發明涉及一種用於引起車輛中的蓄電池模塊的安全狀態的方法，其中，不斷地檢查和評估該蓄電池模塊的當前的狀態，並且所引起的蓄電池模塊的安全狀態涉及這樣的狀態，在該狀態中減小損壞的蓄電池模塊的影響和/或降低所述蓄電池模塊的損壞的概率。
[0004]本發明的核心在於，本發明根據能夠推斷出蓄電池模塊的過充狀態的特徵量來引起安全狀態。所觀察的蓄電池模塊的過充狀態涉及該蓄電池模塊的電的過充。
[0005]本發明的背景是在處理蓄電池模塊時提升安全性和降低蓄電池模塊損壞的概率和/或減小損壞的蓄電池模塊對環境的影響。根據能夠推斷出蓄電池模塊的過充狀態的特徵量的蓄電池模塊的安全狀態的引起在蓄電池過充的情況下引起蓄電池模塊的安全的運行，並且引起該蓄電池模塊轉入安全狀態。通過將蓄電池模塊轉入安全狀態而在最大程度上避免可能的危險，該危險能夠由蓄電池模塊的過充引起。避免由此實現，即本身防止蓄電池模塊的過充並在出現過充和由此造成具有過高的電壓的情況下使蓄電池模塊轉入安全狀態。
[0006]根據本發明還提供了一種用於本質安全的蓄電池模的控制裝置。該控制裝置適用於引起蓄電池模塊的安全狀態，在此不斷地檢查和評估蓄電池模塊的當前狀態並且所引起的蓄電池模塊的安全狀態涉及這樣的狀態，在該狀態中減小損壞的蓄電池模塊的影響和/或降低蓄電池模塊的損壞的概率，在此規定用於引起安全狀態，尤其是根據能夠推斷出蓄電池模塊的過充狀態的特徵量引起安全狀態的方法。
[0007]根據本發明還規定一種本質安全的蓄電池模塊，其中該本質安全的蓄電池模塊能夠被控制。
[0008]下文給出了本發明的其他的有利的實施形式。
[0009]依據本發明的一種有利的實施方式，能夠推斷出蓄電池模塊的過充狀態的特徵量涉及蓄電池模塊的充電狀態和/或在蓄電池模塊的端子之間的電壓和/或在蓄電池模塊的端子之間的開路電壓。蓄電池模塊的充電狀態能夠藉助於施加在蓄電池模塊的連接端之間的電壓確定。在常規的運行中，在高的充電狀態的情況下大約NX4.2伏的一個電壓位於蓄電池模塊的連接端之間，其中N對應於在蓄電池模塊中串聯連接的蓄電池單池的數量。高於N X 4.2伏的電壓值則表示過充狀態。
[0010]充電狀態以及在蓄電池模塊的端子之間的電壓或者開路電壓表示蓄電池模塊的物理量。這些量的使用導致以下的優勢，其能夠根據物理的參數被精確地確定和定量地給出。
[0011]根據本發明的另一個優選的設計方案實施能夠推斷出蓄電池模塊的過充狀態的特徵量與第一閾值和與第一閾值相比更大的第二閾值的比較來引起蓄電池模塊的安全狀態。根據該比較控制執行裝置(Al、A2)，尤其是用於設置電流旁路或者用於應用放電裝置的裝置。在此根據情況的不同控制該執行裝置(A1、A2)。第一閾值例如能夠為Nx4.2伏，其中，N對應於在蓄電池模塊中串聯連接的蓄電池單池的數量。
[0012]在特徵量達到或者超過第一閾值並且既未達到也未超過第二閾值的情況下，激活在蓄電池模塊的區域內的電流旁路，從而蓄電池模塊能夠既不充電也不放電。
[0013]相反地，在特徵量達到或者超過第二閾值的情況下，同樣地激活在蓄電池模塊的區域內的電流旁路，從而蓄電池模塊能夠不充電並且附加地使用在蓄電池模塊的區域內的放電裝置，尤其是放電設備。通過使用在蓄電池模塊的區域內的放電裝置使蓄電池模塊受控地放電並且轉入電化學的安全狀態。
[0014]該規定在出現過充的情況下帶來安全地處理蓄電池模塊的優勢:首先，在存在過充的情況下蓄電池模塊的受控的放電提高了處理蓄電池模塊的安全性。受控的放電帶來以下的優勢，避免電纜的熔化，該電纜能夠與蓄電池模塊接觸並且用於蓄電池模塊的放電。
[0015]依據本發明的另一種有利的實施方式，在特徵量低於第一閾值的情況下去激活電流旁路，並且在特徵量低於第二閾值的情況下去激活放電裝置。
[0016]根據本發明的另一個有利的設計方案，對於本質安全的蓄電池模塊設置了至少一個用於獲取蓄電池模塊的物理量的傳感裝置(S)以用於確定蓄電池模塊的當前的狀態。
[0017]優選地，依據本發明的方法或者對應的裝置或者對應的控制裝置或者依據本發明的本質安全的蓄電池模塊至少在車輛技術或者能量技術中得到應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]在下面的段落中將根據多個實施例解釋本發明，通過該多個實施例能夠得到其他的發明的特徵，但是本發明不限制在這些實施例的範圍內。這些實施例示於附圖中。其中:
[0019]圖1示出了本質安全的蓄電池模塊的示意圖；
[0020]圖2示出了用於在使用本質安全的蓄電池模塊時根據能夠推斷出蓄電池模塊的過充狀態的特徵量來提高安全性的方法的示意圖；以及
[0021]圖3示出了本質安全的蓄電池模塊的基本電路圖，該基本電路圖適用於根據能夠推斷出蓄電池模塊的過充狀態的特徵量來引起蓄電池模塊的安全狀態。
【具體實施方式】
[0022]在圖1中示意性地示出了本質安全的蓄電池模塊EB。在本質安全的蓄電池模塊EB中不斷地檢查和評估蓄電池模塊的當前的狀態會，並且引起蓄電池模塊的安全狀態。所引起的蓄電池模塊的安全狀態涉及這樣的狀態，在該狀態中減小損壞的蓄電池模塊的影響和/或降低蓄電池模塊的損壞的概率。為了實現這個目的，本質安全的蓄電池模塊具有例如合適的傳感器概念和執行裝置概念以實現本質安全。
[0023]本質安全的蓄電池模塊EB包括至少一個單元模塊Z，該單元模塊Z包括至少一個蓄電池單元BZ。該至少一個蓄電池單元BZ由機械的部件和至少一個電化學的部件組成。該電化學的部件又被稱為本質安全的蓄電池模塊EB的化學系統。該至少一個蓄電池單元BZ示例性地涉及鋰-離子蓄電池單元。優選地還包括傳感裝置S，通過該傳感裝置至少能夠獲取該本質安全的蓄電池模塊EB的電壓或者電流，藉助該電流本質安全的蓄電池模塊EB能夠進行放電或者充電。優選地，此外還包括至少一個部件BEP，該部件BEP用來進行蓄電池狀態識別或者對本質安全的蓄電池模塊EB的蓄電池狀態進行預測或者對本質安全的蓄電池模塊EB的蓄電池狀態量進行識別或預測。優選地，此外還包括用於引起本質安全的蓄電池模塊EB的安全狀態的執行裝置Al ;藉助執行裝置Al，優選至少一個連接在本質安全的蓄電池模塊EB的電的連接端之間的未示出的電流旁路或者未示出的放電裝置，特別是放電設備應用到本質安全的蓄電池模塊EB的範圍內。為了實現該應用目的，放電裝置或者快速放電裝置於是與本質安全的蓄電池模塊EB的連接端電連接。
[0024]如果本質安全的蓄電池模塊EB的電的連接端之間的電流旁路接通，則電流能夠在本質安全的蓄電池模塊EB的電的連接端之間流動，而該電流不會流經本質安全的蓄電池模塊EB的至少一個蓄電池單元BZ的電化學部件。該電流旁路也能夠在至少一個蓄電池單元BZ的連接端之間接通。
[0025]優選地還包括執行裝置A2 ;藉助執行裝置A2，本質安全的蓄電池模塊EB的輸出電壓至少能夠被控制或者在其高度上進行變化。
[0026]在圖2中示意性地示出了用於在使用本質安全的蓄電池模塊EB時提升安全性的方法。通過方法步驟11中引入該方法。在接下來的閾值比較步驟22中如下內容將得到檢查，即特徵量是否達到或者超過閾值。
[0027]特性量和第一閾值優選地涉及本質安全的蓄電池模塊EB的充電狀態和/或在本質安全的蓄電池模塊EB的端子之間的電壓或者開路電壓。
[0028]如果特徵量既未達到也未超過第一閾值，則閾值比較步驟22將會被重複。如果特徵量達到或者超過該閾值，在緊接著的電流旁路步驟33中激活在本質安全的蓄電池模塊EB的範圍內的電流旁路，使得該本質安全的蓄電池模塊EB既不能夠充電也不能夠放電。然後在最大閾值比較步驟44中檢查特徵量是否達到或超過與第一閾值相比更大的第二閾值。第二閾值優選地同樣地涉及本質安全的蓄電池模塊EB的充電狀態和/或在本質安全的蓄電池模塊的EB端子之間的電壓或者開路電壓。
[0029]如果特徵量既未達到也未超過與第一閾值相比更大的第二閾值，那麼重複最大閾值比較步驟44，電流旁路保持激活。
[0030]如果相反地特徵量達到或者超過與第一閾值相比更大的第二閾值，那麼在放電裝置步驟55中激活放電裝置，尤其是放電設備，使得本質安全的蓄電池模塊EB放電；電流旁路保持激活。在緊接著的結束步驟66中結束該方法。
[0031]優選地，所有在上述的方法步驟裡描述的本質安全的蓄電池模塊EB的狀態量例如通過傳感裝置S的幫助獲取。為了蓄電池狀態識別，對狀態量的檢查和評估優選地通過構件BEP執行。在上述方法步驟中執行的驅動過程例如藉助執行裝置Al、A2來實現。
[0032]能夠使用另外的、位於本質安全的蓄電池模塊EB之外的傳感器來替代為本質安全的蓄電池模塊EB的組成部分的傳感裝置S，以獲取本質安全的蓄電池模塊EB的量。這裡示例性地能夠涉及多個傳感器，該多個傳感器屬於車輛的裝置，在該車輛中應用本質安全的蓄電池模塊EB。例如這裡示例性地能夠涉及屬於車輛的裝備的傳感器，在該車輛中應用本質安全的蓄電池模塊EB。示例性地能夠涉及用於確定例如電荷或者電壓的物理量的傳感器。
[0033]本質安全的蓄電池模塊EB的應用在車輛技術和能量技術中是可能的。
[0034]在圖3中示出了本質安全的蓄電池模塊EB的基本電路圖。
[0035]在該基本結構圖中示出了單元模塊Z、單元監控電子元件CSC和模塊監控電子元件 MSC。
[0036]單元模塊Z包括至少一個蓄電池單元BZ。該至少一個蓄電池單元BZ例如涉及鋰-離子蓄電池單元。
[0037]單元監控電子元件CSC包括在圖1的說明中所述的傳感裝置S以獲取至少一個蓄電池單元BZ的狀態。單元監控電子元件CSC用於在單元模塊Z內監控至少一個蓄電池單元BZ。
[0038]模塊監控電子元件MSC與單元監控電子元件CSC進行通信。在單元監控電子元件CSC和模塊監控電子元件MSC之間的通信能夠以無線的方式或者通過通信導線KL以有線的方式實現。在模塊監控電子元件MSC和單元監控電子元件CSC之間的通信範圍內傳輸關於至少一個蓄電池單元BZ的數據。此外，模塊監控電子元件MSC具有傳感裝置S以對單元模塊Z進行監控。
[0039]模塊監控電子元件MSC能夠依據至少一個蓄電池單元BZ或者單元模塊Z的狀態動作。為了達到這個目的，模塊監控電子元件MSC包括至少兩個可接通和可斷開的半導體閥門HVl和HV2以及兩個二極體Dl和D2。每個可斷開的半導體閥門和二極體構成半橋裝置。上面的包括HVl和Dl的半橋裝置用符號H。標記，下面的包括HV2和D2的半橋裝置用符號Hu標記。上面的半橋裝置和下面的半橋裝置構成了可控制的功率開關L。
[0040]在正常情況下，例如在本質安全的蓄電池模塊EB的常規運行狀態下，上面的半橋裝置H。是接通的，下面的半橋裝置Hu是斷開的。在這種狀態下，單元監控電子元件CSC在至少兩個蓄電池單元BZ之間執行充電補償。
[0041]如果模塊監控電子元件MSC根據能夠推斷出本質安全的蓄電池模塊EB的過充狀態的狀態量識別出電流旁路必須設置在本質安全的蓄電池模塊EB的範圍內，則上面的半橋裝置H。斷開並且下面的半橋裝置Hu接通。流經單元模塊Z的電流於是流過下面的半橋裝置Hu。
[0042]如果模塊監控電子元件MSC根據能夠推斷出本質安全的蓄電池模塊EB的過充狀態的狀態量識別出放電裝置必須應用在本質安全的蓄電池模塊EB的範圍內，則上面的半橋裝置H。斷開並且下面的半橋裝置Hu接通。流經單元模塊Z的電流於是流過下面的半橋裝置Hu。
[0043]除了在圖3中所描述的蓄電池單元的監控之外，藉助單元監控電子元件，通過任意一個分配給至少一個蓄電池單元BZ的單元監控電子元件CSC實現蓄電池單元自身的監控是可行的。為此，每個蓄電池單元BZ都會分配到自身的下級單元監控電子元件。該下級單元監控電子元件與主單元監控電子元件進行通信。該主單元監控電子元件與模塊監控電子元件MSC進行通信，該模塊監控電子元件MSC此外依據由主單元監控電子元件傳來的信息動作。
【權利要求】
1.一種用於引起蓄電池模塊的安全狀態的方法，其中，不斷地檢查和評估所述蓄電池模塊的當前的狀態並且待引起的所述蓄電池模塊的所述安全狀態涉及這樣的狀態，在所述狀態中減小損壞的蓄電池模塊的影響和/或降低所述蓄電池模塊的損壞的概率， 其特徵在於， 根據能夠推斷出所述蓄電池模塊的過充狀態的特徵量來實現所述安全狀態的引起。
2.根據權利要求1所述的方法， 其特徵在於， 能夠推斷出所述蓄電池模塊的過充狀態的所述特徵量涉及所述蓄電池模塊的充電狀態和/或在所述蓄電池模塊的端子之間的電壓和/或在所述蓄電池模塊的端子之間的開路電壓。
3.根據前述權利要求之一所述的方法， 其特徵在於， 為了引起所述蓄電池模塊的所述安全狀態，實施所述特徵量與第一閾值和第二閾值的比較，所述第二 閾值與所述第一閾值相比更大，並且控制執行裝置(Al、A2)，尤其是用於設置電流旁路的裝置，其中，在所述特徵量達到或者超過所述第一閾值並且既未達到也未超過所述第二閾值的情況下利用所述執行裝置(A1、A2) -在所述蓄電池模塊充電的情況下激活在蓄電池模塊的區域內的所述電流旁路，以使得所述蓄電池模塊不再繼續充電；或者 -在所述蓄電池模塊放電的情況下去激活或者不激活所述電流旁路，以使得所述蓄電池模塊繼續放電。
4.根據前述權利要求之一所述的方法， 其特徵在於， 為了引起所述蓄電池模塊的所述安全狀態，實施所述特徵量與第一閾值和第二閾值的比較，所述第二閾值與所述第一閾值相比更大，並且控制執行裝置(Al、A2)，尤其是用於設置電流旁路的裝置，其中，在所述特徵量達到或者超過第二閾值的情況下利用所述執行裝置(A1、A2) -激活在所述蓄電池模塊的區域內的所述電流旁路，以使得所述蓄電池模塊不再繼續充電；或者 -激活所述放電裝置，尤其是放電設備。
5.根據前述權利要求3或4所述的方法， 其特徵在於， 在所述特徵量低於所述第一閾值的情況下去激活所述電流旁路 和/或， 在所述特徵量低於所述第二閾值的情況下去激活所述電流旁路和/或所述放電裝置。
6.一種用於本質安全的蓄電池模塊(EB)的控制裝置，所述控制裝置適用於引起所述蓄電池模塊的安全狀態，其中，不斷地檢查和評估所述蓄電池模塊的當前的狀態並且所引起的所述蓄電池模塊的所述安全狀態涉及這樣的狀態，在所述狀態中減少損壞的所述蓄電池模塊的影響和/或降低所述蓄電池模塊的損壞的概率， 其特徵在於，設置用於根據能夠推斷出所述蓄電池模塊的過充狀態的特徵量來引起所述安全狀態的裝置，尤其是在執行根據上述權利要求中任一項所述的方法的情況下。
7.—種本質安全的蓄電池模塊(EB), 其特徵在於， 設置根據權利要求6所述的控制裝置。
8.根據權利要求7所述的本質安全的蓄電池模塊(EB)， 其特徵在於， 為了確定所述蓄電池模塊的當前的狀態設置至少一個用於獲取所述蓄電池模塊的物理量的傳感裝置(S)。
9.根據權利要求8所述的本質安全的蓄電池模塊(EB)， 其特徵在於， 為了引起所述蓄電池模塊的所述安全狀態設置至少一個執行裝置(Al、A2)。
10.根據權利要求1至5之一所述的方法和/或根據權利要求6至9之一所述的裝置和/或根據權利要求6所述的控制裝置和/或根據權利要求7至9之一所述的本質安全的蓄電池模塊(EB)在車輛技 術中和/或在能源技術中的應用。
【文檔編號】H01M10/48GK104051805SQ201410155733
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2013年3月15日
【發明者】H·芬克 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社