蓄電池管理系統、蓄電池模塊、蓄電池系統和機動車的製作方法

2023-05-21 17:23:31

蓄電池管理系統、蓄電池模塊、蓄電池系統和機動車的製作方法
【專利摘要】描述了一種蓄電池管理系統(1)、一種蓄電池模塊(30)、一種蓄電池系統(50)和一種機動車。為了能夠安全地更換蓄電池模塊(30)，設置了具有數據存儲器(39)的蓄電池模塊(30)和具有可與數據存儲器(30)傳輸數據地連接的控制裝置(2)和橋接開關(3、4)的蓄電池管理系統(1)，其中，該控制裝置(2)藉助於數據存儲器(39)的數據閉合橋接開關(3、4)並且由此橋接蓄電池模塊(30)。
【專利說明】蓄電池管理系統、蓄電池模塊、蓄電池系統和機動車
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於具有至少一個蓄電池模塊的蓄電池的蓄電池管理系統，其中，所述蓄電池管理系統具有至少一個用於橋接所述至少一個蓄電池模塊的橋接開關和用於控制所述橋接開關的控制裝置。此外，本發明涉及一種用於蓄電池的蓄電池模塊，其具有至少一個蓄電池單元。再者，本發明涉及一種具有包含至少一個蓄電池模塊的蓄電池和具有需求時橋接所述蓄電池模塊的橋接開關的蓄電池管理系統的蓄電池系統。最後，本發明涉及一種具有蓄電池系統的機動車，其中，所述蓄電池系統與所述機動車的驅動系統相連接。
【背景技術】
[0002]所提到的種類的蓄電池管理系統和蓄電池模塊以及蓄電池系統和機動車通常是已知的。例如，蓄電池管理系統用於監控和調節蓄電池的單個的蓄電池單元或者蓄電池模塊。例如，蓄電池能夠為至少部分地或者完全地電驅動的機動車提供驅動能量或者為諸如風力發電設備的靜態的設備提供運行能量。此外，已知了為蓄電池管理系統設置橋接開關，以便橋接單個的蓄電池模塊並且由此改變蓄電池的輸出電壓或者將故障的蓄電池模塊從正常的蓄電池模塊分離。
[0003]然而，如果通過正常的蓄電池模塊來更換故障的蓄電池模塊，那麼這將需要關於蓄電池模塊和蓄電池管理系統的工作方式的詳細的專業知識。特別地，當一個模塊應該通過新的結構型式的模塊來更換時，倘若新的結構型式的蓄電池模塊與之前的蓄電池模塊或者蓄電池系統不兼容的話，換句話說則將導致蓄電池的運行的幹擾。然而，倘若之前所使用的結構型式例如不再能夠供使用或者倘若應該使用具有改善的蓄電池技術的蓄電池模塊時，則使用其他種類的蓄電池模塊是必須的。

【發明內容】

[0004]依據本發明提供了所提到的種類的蓄電池管理系統，所述蓄電池管理系統具有將蓄電池模塊的數據存儲器耦合至控制裝置的數據接口，其中，可由所述控制裝置根據通過數據接口提供的數據來閉合橋接開關。此外，依據本發明提供了所提到的種類的蓄電池模塊，所述蓄電池模塊具有非易失性的數據存儲器，在所述非易失性的數據存儲器上存儲有所述蓄電池模塊的製造數據和/或運行數據，其中，所述蓄電池模塊設置有用於將所述數據存儲器耦合至蓄電池管理系統的數據接口。此外，依據本發明提供了一種所提到的種類的蓄電池系統，其中，依據本發明地構造所述蓄電池模塊和所述蓄電池系統的所述蓄電池管理系統。最後，依據本發明提供了一種所提到的種類的機動車，依據本發明地設置其與其驅動系統連接的蓄電池系統。
[0005]本發明的優點
[0006]如果現在通過其他的蓄電池模塊來更換蓄電池模塊，那麼所述蓄電池管理系統能夠藉助於在所述其他的蓄電池模塊中存儲的數據識別所述其他的蓄電池模塊與已經在所述蓄電池中使用的蓄電池模塊是否兼容。如果所述其他的蓄電池模塊不兼容，那麼能夠通過橋接開關來橋接其他的蓄電池模塊並且由此避免所述蓄電池系統的故障功能。在新的模塊具有例如更高的功率數據的情況下，所述蓄電池管理系統能夠將所述模塊在提供功率時優選地接通。
[0007]如果所述其他的蓄電池模塊是用過的蓄電池模塊，在其數據存儲器中存儲有所述蓄電池模塊的之前的運行數據，那麼所述蓄電池管理系統能夠藉助於所述運行數據決定:是否將所述蓄電池模塊例如由於其老化還應該與所述已經現有的蓄電池模塊一起使用。如果所述蓄電池模塊太老了或者已經過高地要求了，那麼所述蓄電池管理系統能夠在所述運行期間完全地或者部分地橋接所述蓄電池模塊。
[0008]本發明能夠通過不同的、分別有利地、任意地相互組合的設計方案進一步優化。接下來將涉及該設計方案形式和與其相連的優點。
[0009]依據第一實施形式，所述數據接口能夠被構造為將多個蓄電池模塊的數據存儲器耦合至所述控制裝置。特別地，如果所述蓄電池具有多個蓄電池模塊，那麼所述蓄電池模塊的每個蓄電池模塊能夠設置有數據存儲器，其中，將經由相應的蓄電池模塊的數據接口將所述數據存儲器中的每個數據存儲器的數據傳導至所述控制裝置。
[0010]所述蓄電池管理系統還能夠具有多個橋接開關，所述橋接開關與所述控制裝置傳輸控制信號地連接。特別地，所述蓄電池管理系統能夠對於所述蓄電池的每個蓄電池模塊具有一個橋接開關並且所述控制裝置與所述橋接開關中的每個橋接開關傳輸控制信號地連接。
[0011]依據另一個有利的設計方案，所述蓄電池管理系統能夠具有傳感器裝置，其具有至少一個檢測所述蓄電池模塊的運行參數的傳感器，其中，所述傳感器裝置與所述數據接口和/或與所述控制裝置傳輸數據地相連接。所檢測的運行參數能夠作為數據要麼經由所述控制裝置要麼直接經由所述數據接口傳導至所述蓄電池模塊的所述數據存儲器，從而使得所述蓄電池模塊的所述運行參數的歷史能夠存儲在其數據存儲器之中。替代地或者附加地，所述運行數據也能夠存儲在設置在所述蓄電池管理系統中的數據存儲器之中。此外，所述運行數據也能夠在所述控制裝置中使用，以便在所述蓄電池模塊出現不允許的運行數據時通過所述橋接開關的閉合來橋接所述相應的蓄電池模塊或者在所述運行期間基於所述運行數據將所述相應的蓄電池模塊部分地橋接。
[0012]為了能夠更換所述蓄電池模塊中的一個蓄電池模塊，所述數據接口能夠被構造為可從所述蓄電池模塊反覆地鬆開並且可與所述蓄電池模塊反覆地連接。例如，所述蓄電池管理系統的所述數據接口能夠具有插頭並且所述蓄電池模塊的所述數據接口能夠具有配套連接器，其中，插頭和配套連接器在組裝狀態下能夠將所述蓄電池模塊和所述蓄電池管理系統傳輸數據地相互連接。所述橋接開關也能夠被設置為反覆地從所述蓄電池模塊鬆開並且可與所述蓄電池模塊反覆地連接，從而能夠更換所述蓄電池模塊。
[0013]替代地，所述橋接開關能夠設置在所述蓄電池之中並且將所述橋接開關與所述控制裝置傳輸控制信號地連接的控制導線被構造為可反覆地從所述橋接開關鬆開並且可反覆地與所述橋接開關連接。能夠將插拔連接用於反覆地可鬆開或者可連接的連接。
[0014]替代或者附加於所述蓄電池管理系統的所述傳感器裝置，所述蓄電池模塊或者所述蓄電池能夠包含具有至少一個檢測所述蓄電池模塊的運行參數的傳感器的傳感器裝置，其中，所述傳感器裝置與所述蓄電池模塊的所述數據存儲器和/或與其數據接口傳輸數據地連接。由此，所述作為數據提供的運行參數能夠存儲在所述蓄電池模塊的所述數據存儲器之中和/或經由所述數據存儲器或者直接經由所述數據接口輸出至所述控制裝置。
[0015]所述蓄電池模塊和所述蓄電池管理系統能夠共同為蓄電池系統的一部分，其中，所述蓄電池模塊和所述蓄電池管理系統被構造為能夠相對於其他的蓄電池模塊更換所述蓄電池模塊。例如，在所述蓄電池模塊和所述蓄電池管理系統之間的電連接能夠被構造為插拔連接。也能夠將在所述蓄電池模塊和所述蓄電池管理系統之間的機械連接形成為能夠反覆地可鬆開的。
[0016]為了防止以所述蓄電池管理系統驅動不兼容的蓄電池模塊，所述蓄電池管理系統能夠被構造為自動地橋接與所述蓄電池管理系統連接的但是與所述蓄電池系統即例如與所述蓄電池系統的其他的蓄電池模塊不兼容的蓄電池模塊。所述蓄電池管理系統能夠在以下情況下，即橋接所述蓄電池模塊中的一個蓄電池模塊時將表示其橋接狀態的信號輸出至所述蓄電池系統的用戶或者管理者的信息。
[0017]所述蓄電池模塊能夠具有至少一個以鋰技術實現的蓄電池單元，並且優選地具有至少一個鋰離子蓄電池單元，並且所述蓄電池管理系統能夠被構造為用於監控和/或控制這樣的蓄電池單元。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]接下來，例如藉助於實施例參照附圖來闡述本發明。在此，如其在具體的有利的設計方案中已經陳述的那樣，該些實施例的不同的特徵能夠獨立地相互組合。其中:
[0019]圖1示出了依據本發明所述的蓄電池管理系統的一個實施例的示意圖；
[0020]圖2示出了依據本發明所述的蓄電池模塊的一個實施例的示意圖；
[0021]圖3示出了依據本發明所述的蓄電池模塊的另一個實施例的示意圖；
[0022]圖4示出了依據本發明所述的蓄電池系統的一個實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0023]首先，將參照圖1的實施例來描述依據本發明所述的蓄電池管理系統的構造和功倉泛。
[0024]圖1示出了具有控制裝置2和兩個橋接開關3、4的蓄電池管理系統I。此外，示出的蓄電池管理系統I裝備有數據接口 5和傳感器裝置6。
[0025]控制裝置2經由各自的控制導線7、8與橋接開關3、4傳輸控制信號地連接，其中，橋接開關3、4根據控制信號斷開或者閉合以及是斷開的或者閉合的。橋接開關能夠被構造為半導體開關並且接通直至60安培或者更大的電流和幾百伏特的電壓。
[0026]此外，控制裝置2經由數據導線9、10、11與數據接口 5傳輸數據地連接。傳感器裝置6經由數據導線12直接與數據接口 5或者經由數據導線13與控制裝置2連接並且替代地經由數據導線9、10、11與數據接口 5傳輸數據地連接。
[0027]在橋接開關3、4的閉合即導通狀態下，橋接開關3將兩個連接元件14、15相互連接起來並且橋接開關4將兩個連接元件16、17相互連接起來。連接元件14、15、16、17能夠分別被構造為插座，它們能夠反覆地與配套連接器連接並且優選地能夠在直至600伏特或者更大時傳導50安培或者更大的高電流。[0028]數據接口 5的連接元件18、19、20、21同樣能夠被構造為插頭或者插頭的插頭接點，它們能夠反覆地與配套連接器或者與配套連接器接點連接並且能夠傳導數據，例如數字的數據。
[0029]蓄電池管理系統I能夠具有另一數量的橋接開關3、4，並且例如具有一個或者三個、四個或者直至十個或者20個或者更多個橋接開關3、4。特別地，蓄電池管理系統I的橋接開關3、4的數量能夠相應於蓄電池模塊的數量，該些蓄電池模塊應該與蓄電池管理系統I相連接。蓄電池管理系統I也能夠具有多於一個數據接口 5和/或該數據接口 5能夠具有多於或者少於所示出的四個用於數據傳輸的連接元件18、19、20、21。在此，數據接口 5或者連接元件18、19、20、21的數量能夠相應於應該與該蓄電池管理系統I數據技術地通信的蓄電池模塊的數量。
[0030]圖2示出了本發明的另一實施例，其中，對於在功能和/或構造上與之前的圖1的實施例的元件相對應的元件，使用了相同的附圖標記。為了簡潔期間僅涉及與之前的附圖的實施例的區別。
[0031]圖2示出了依據本發明所述的、例如具有三個蓄電池單元31、32、33蓄電池模塊
30、依據圖2的實施例，該三個蓄電池單元31、32、33相互串聯連接。不言而喻地，該蓄電池模塊30根據所需要的蓄電池功率的不同也能夠具有多於或者少於三個蓄電池單元31、32、33，其中，可選地，蓄電池單元31、32、33中的所有的或者也能夠將所選擇出的蓄電池單元
31、32、33相互串聯和/或並聯連接。蓄電池模塊30的連接元件34、35與蓄電池單元31、
32、33串聯連接地示出並且被構造為將蓄電池模塊30與另外的蓄電池模塊30、與負載或者電能的源和/或分別與橋接開關3、4的連接元件14、15、16、17中的一個連接元件相連接。
[0032]藉助於開關36能夠中斷蓄電池單元31、32、33至連接元件34、35中的一個連接元件並且尤其是至連接元件34的電連接，從而使得電能不再能夠通過連接元件34、35流出或者流入蓄電池單元31、32、33。開關36也能夠被構造為半導體開關。替代將開關36設置在蓄電池模塊30中，開關36也能夠被設置在蓄電池模塊30之外並且例如設置在蓄電池管理系統I之中或者在包括該蓄電池模塊30的蓄電池之中。
[0033]蓄電池模塊30設置有數據存儲器39，其能夠被構造為非易失性的可寫的數據存儲器，例如為EEPR0M。在該數據存儲器39之中，能夠存儲有該蓄電池模塊30的生產數據或者製造數據或者該蓄電池模塊30的其他的規格數據。此外，蓄電池模塊30的運行數據能夠存儲在該數據存儲器39之中。該運行數據能夠包括迄今為止經歷過的充電或者放電周期的數量，特別是蓄電池模塊30的運行狀態或者其他的運行數據。再者，在該數據存儲器39中能夠存儲有蓄電池模塊30的測量數據。該些測量數據例如能夠包括蓄電池模塊30的溫度或者溫度走向或者電氣的負荷或者負荷走向。為了獲取這些測量數據，能夠將該蓄電池模塊30構造為具有傳感器裝置40，該傳感器裝置能夠通過傳感器或者數據導線41與數據存儲器39傳輸傳感器數據地連接。
[0034]為了能夠將數據存儲器39的數據輸出至蓄電池管理系統I，將蓄電池模塊30設置為具有數據接口 42，該數據接口 42經由數據導線43與數據存儲器39傳輸數據地連接。數據接口 42能夠被構造為與蓄電池管理系統I的數據接口 5反覆地可連接並且從其反覆地可分離。例如，數據接口 42被構造為數據接口 5的配套連接器，該數據接口 5被構造為插頭，其中，該抽頭和配套連接器被構造為是可反覆地組裝和分離的。[0035]圖3示出了本發明的另一個實施例，其中，對於在功能和/或構建方面與之前的圖1和圖2的實施例的元件相對應的元件，將使用相同的附圖標記。為了簡明起見，僅涉及與之前的附圖的實施例的區別。
[0036]圖3示出了圖2的蓄電池模塊30的變型。在圖3中，示例性地以僅僅兩個蓄電池單元31、32來示出該蓄電池模塊30。不言自明地，蓄電池模塊30也能夠具有多於兩個蓄電池單元31、32，其能夠根據布置的不同相互並聯或者串聯。
[0037]橋接開關3、4中的一個橋接開關和橋接開關3例如被示出為半導體開關元件3』。開關36也被示出為半導體開關元件36』。其中，半導體開關元件3』、36』被如此地構造並且與蓄電池單元31、32連接，從而使得該些半導體開關元件能夠使得電流導通流過蓄電池單元31、32或者從該蓄電池單元處繞過。例如，半導體開關元件3』、36』與半橋電路並聯連接並且與控制裝置2傳輸控制信號地連接。
[0038]至少橋接開關3能夠經由控制導線7與控制裝置2傳輸控制數據地連接，儘管橋接開關3不是蓄電池管理系統I的一部分而是蓄電池的一部分。橋接開關3和/或開關36能夠是蓄電池管理系統I或者包括蓄電池模塊30的蓄電池的一部分。
[0039]圖4示出了本發明的又一個實施例，其中，對於在功能和/或構建方面與之前的圖1和圖2的實施例的元件相對應的元件，將使用相同的附圖標記。為了簡明起見，僅涉及與之前的附圖的實施例的區別。
[0040]圖4示意性地示出了依據本發明所述的、具有蓄電池管理系統I和具有包含兩個蓄電池模塊30的蓄電池51的蓄電池系統50的一個實施例。不言而喻地，蓄電池51也能夠具有多於兩個蓄電池模塊30並且蓄電池模塊30中的每個蓄電池模塊能夠具有多於所示出的三個蓄電池單元31、32、33。
[0041]該蓄電池管理系統I相應於在圖1中所示出的蓄電池管理系統I並且蓄電池51的蓄電池模塊30中的每個蓄電池模塊相應於在圖2中所示出的蓄電池模塊30。然而，蓄電池51的蓄電池模塊30中的至少一個蓄電池模塊或者蓄電池51的另一個蓄電池模塊30也能夠被另外地構造並且尤其是沒有數據存儲器39地構造。
[0042]蓄電池管理系統I經由若干的導線與蓄電池51傳輸電流或者數據地連接。特別地，橋接開關3、4的連接元件14、15、16、17分別經由電流導線52、53、54、55與連接元件37、38、39、40中的一個連接元件導電地連接。其中，電流導線52、53、54、55如此地設置尺寸，從而使得它們能夠容易地傳導由一個或者多個蓄電池模塊30所釋放的或者吸收的蓄電池電流。電流導線52、53、54、55能夠在其端上設置插接耦合，其能夠與連接元件14、15、16、17和/或連接元件37、38、39、40反覆地組裝和反覆地從這些連接元件分離。替代地，該連接元件14、15、16、17能夠直接地與連接元件37、38、39、40反覆地可分離地組裝。
[0043]蓄電池模塊30的數據接口 42經由數據導線56與蓄電池管理系統I的數據接口 5傳輸數據地連接。為了簡化起見，數據導線56僅示出了導線的一半。不言而喻地，數據接口 42的每個數據接口能夠經由單獨的數據導線56與數據接口 5可連接或者連接。數據導線56也能夠在其端上設置插接耦合，以便與數據接口 42和與數據接口 5或者與數據接口5的連接元件18、19、20、21中的一個連接元件組裝和可分離。
[0044]在圖4的實施例中，蓄電池管理系統I的傳感器裝置6經由數據導線12直接與數據接口 5連接。如在圖1的實施例中已經示出的那樣，傳感器裝置6能夠附加地或者替代地經由虛線地示出的數據導線13與控制裝置2連接並且從那起例如經由數據導線11與數據接口 5的連接元件20連接。數據接口 5的連接接口 20經由同樣虛線的數據導線57與數據接口 42中的一個數據接口連接地示出。
[0045]電流導線58將兩個蓄電池模塊30的連接元件34、35導電地相互連接，從而使得蓄電池模塊30中的至少一個蓄電池模塊的電流能夠流至另一個蓄電池模塊30。在圖4的實施例中，蓄電池模塊30也相互串聯連接。替代地，兩個蓄電池模塊30也能夠相互並聯連接並且能夠設置另外的蓄電池模塊30，該另外的蓄電池模塊能夠與現有的蓄電池模塊30串聯或者並聯連接。
[0046]蓄電池51設置有用於連接負載或者蓄電池能量源的連接接點59、60。
[0047]用於將蓄電池模塊30連接至橋接開關3、4中的一個橋接開關的連接元件37、38與蓄電池模塊30並聯連接。如橋接開關3、4的連接元件14、15、16、17那樣，連接元件37、38能夠被構造為與連接元件14、15、16、17可反覆地連接和分離的插頭元件或者插頭元件的插頭接點並且被構造為蓄電池51的一部分。
[0048]在圖4所示出的狀態下，蓄電池系統50未運行，因為所有的開關3、4、36均斷開了。如果現在開關36閉合，那麼蓄電池電流能夠在蓄電池51的連接接點59、60之間流動。例如，蓄電池電流能夠導通至藉助於蓄電池能量來待供電的電負載。替代地，能夠經由接點59,60將電能引入至蓄電池單元31、32、33，以便為其充電。
[0049]如果要更換蓄電池模塊30中的一個蓄電池模塊，那麼將斷開開關36，從而中斷至該蓄電池模塊30或者從該蓄電池模塊30出發的電流。閉合開關3、4中的一個開關，從而進一步實現連接接點59、60之間的電流。蓄電池模塊30能夠簡單地從蓄電池51中拿出來並且通過其他的蓄電池模塊30來代替。
【權利要求】
1.一種用於蓄電池(51)的蓄電池管理系統(I)，所述蓄電池具有至少一個蓄電池模塊(30)，其中，所述蓄電池管理系統(I)具有至少一個用於橋接所述至少一個蓄電池模塊(30)的橋接開關(3、4)和用於控制所述橋接開關(3、4)的控制裝置(2)，其特徵在於數據接口(5)，所述數據接口用於將所述蓄電池模塊(30)的數據存儲器(39)耦合至所述控制裝置(2)，其中，能夠根據由所述數據接口(5)所提供的數據通過所述控制裝置(2)來閉合所述橋接開關(3、4)。
2.根據權利要求1所述的蓄電池管理系統(I)，其特徵在於，所述數據接口(5)被構造為將多個蓄電池模塊(30)的數據存儲器(39)耦合至所述控制裝置(2)並且所述控制裝置(2)與多個橋接開關(3、4)傳輸控制信號地連接。
3.根據權利要求1或2所述的蓄電池管理系統(I)，其特徵在於傳感器裝置(6)，其具有檢測所述蓄電池模塊(30)的至少一個運行參數的傳感器，其中，所述傳感器裝置(6)與所述數據接口(5)傳輸數據地連接。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的蓄電池管理系統(I)，其特徵在於，所述數據接口(5)和所述橋接開關(3、4)被構造為能夠反覆地與所述蓄電池模塊(30)鬆開並且能夠反覆地與所述蓄電池模塊(30)連接。
5.一種用於蓄電池(51)的蓄電池模塊(30)，其具有至少一個蓄電池單元(31、32、33)，其特徵在於非易失性的數據存儲器(39)，在所述數據存儲器上存儲有所述蓄電池模塊(30)的製造數據和/或運行數據，其中，所述蓄電池模塊(30)設置有數據接口(42)，所述數據接口用於將所述數據存儲器(30)耦合至蓄電池管理系統(I)。
6.根據權利要求5所述的蓄電池模塊(30)，其特徵在於傳感器裝置(40)，其具有至少一個檢測所述蓄電池模塊(30)的運行參數的傳感器，其中，所述傳感器裝置(40)與所述數據存儲器(39)傳輸數據地連接。
7.一種蓄電池系統(50)，其具有包含至少一個蓄電池模塊(30)的蓄電池(51)和蓄電池管理系統(I)，所述蓄電池管理系統包含在需要時橋接所述蓄電池模塊(30)的橋接開關(3、4)，其特徵在於，所述蓄電池模塊(30)被根據權利要求5或6來構造並且所述蓄電池管理系統(I)被根據權利要求1至4中任一項來構造。
8.根據權利要求7所述的蓄電池系統(50)，其特徵在於，所述至少一個蓄電池模塊(30)和所述蓄電池管理系統(I)被構造為能夠相對於其他的蓄電池模塊(30)反覆地更換所述蓄電池模塊(30)。
9.根據權利要求8所述的蓄電池系統(50)，其特徵在於，所述蓄電池管理系統(I)被構造為自動地橋接與所述蓄電池系統連接的、但是與所述蓄電池系統(50)不兼容的蓄電池模塊(30)。
10.一種機動車，其具有蓄電池系統(50)，其中，所述蓄電池系統(50)與所述機動車的驅動系統相連接，其特徵在於，所述蓄電池系統(50)是根據權利要求7至9中任一項所述的蓄電池系統(50)。
【文檔編號】H02J7/00GK103580107SQ201310343748
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月6日 優先權日:2012年8月8日
【發明者】H－J·沃爾夫 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社