蓄電池模塊以及用於監控蓄電池模塊的方法

2023-05-23 07:29:21

蓄電池模塊以及用於監控蓄電池模塊的方法
【專利摘要】本發明描述一種蓄電池模塊，其具有帶有多個蓄電池單池的蓄電池單池電路和用於監控所述蓄電池模塊的功能狀態的監控和控制單元。在所述蓄電池模塊中設有耦合單元，其中設有兩個半橋，所述半橋分別包括與所述蓄電池單池電路的正極耦合的第一功率半導體、與所述蓄電池單池電路的負極耦合的第二功率半導體以及中間連接端並且經由相應的中間連接端與所述蓄電池模塊的相應的另一輸出端子連接。所述蓄電池模塊設置為在正常運行下如此運行半橋的功率半導體，以使得蓄電池模塊電壓可選擇地沿正方向或負方向施加到所述蓄電池模塊的輸出端子上。
【專利說明】蓄電池模塊以及用於監控蓄電池模塊的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種蓄電池模塊，其具有帶有多個蓄電池單池的蓄電池單池電路和用於監控所述蓄電池模塊的功能狀態的監控和控制單元。本發明還涉及一種用於藉助於在蓄電池模塊中設置的監控和控制單池監控蓄電池模塊的方法。本發明還涉及一種蓄電池系統，其包括蓄電池和蓄電池管理系統，所述蓄電池具有至少一個蓄電池組，在所述蓄電池組中設有多個蓄電池模塊。

【背景技術】
[0002]通常，將應用在混合動力和電動車輛中的蓄電池稱為牽引用蓄電池，因為這些蓄電池用於電氣驅動裝置的供電。為了實現在混合動力和電動車輛中需要的功率和能量數，將各個蓄電池單池串聯並且部分附加地並聯連接。在電動車輛中經常串聯連接10個或更多單池並且這些蓄電池具有直至450V的電壓。而且在混合動力車輛中通常超過60V的電壓閾值，該電壓在通過人的接觸中被分級為不危急的。在圖1中示出了具有一個這樣的牽引用蓄電池20的蓄電池系統的原理電路圖。蓄電池20包括多個蓄電池單池21。為了簡化在圖1中的圖示僅僅兩個蓄電池單池設有附圖標記21。混合動力和電動車輛中的牽引用蓄電池通常模塊化地構成。在此由至少兩個單個的相互串聯或並聯連接的蓄電池單池21形成蓄電池模塊(在圖1中未示出)。
[0003]蓄電池20由兩個蓄電池單池電路22、23構成，它們分別包括多個串聯連接的蓄電池單池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，該分離和充電裝置包括分離開關41，其與由充電開關42和充電電阻43組成的串聯電路並聯連接。負蓄電池端子25經由分離裝置50與蓄電池20是可連接的，該分離裝置包括另一分離開關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制61及其後果62。該示出的故障機制61能夠導致蓄電池單池的由不允許的溫度升高63引起的熱擊穿64。在出現熱擊穿64的情況下能夠基於氣體65的排放一該排放能夠例如在打開安全閥的情況下作為提高的蓄電池單池內壓的結果出現——導致蓄電池單池的火災66或者在極端情況下設置導致蓄電池單池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用的情況下以最大接近I的概率排除熱擊穿64的出現。
[0006]熱擊穿64能夠在蓄電池單池的過充時作為在緊接著的充電過程期間的蓄電池單池的深度放電的結果或者在存在蓄電池單池的不允許的高充電和放電電流——它們能夠例如對於外部短路90而產生一的情況下出現。此外熱擊穿64能夠在存在蓄電池單池內部短路100的情況下出現，該短路能夠例如作為在事故101期間的極大的機械力作用的結果或者作為蓄電池單池內部樹狀晶102的形成的結果產生，該樹狀晶能夠例如在低溫下存在過高充電電流的情況下產生。此外熱擊穿64也能夠作為蓄電池單池內部短路的結果出現，該內部短路能夠通過在製造時產生的蓄電池單池汙染、尤其是通過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熱——其例如能夠作為車輛火災的結果產生——的情況下或者在存在蓄電池單池120的過載的情況下出現。
[0007]在圖3中示出了由現有技術已知的蓄電池系統10的原理電路圖，該蓄電池系統包括具有多個蓄電池單池21的牽引用蓄電池20和蓄電池管理系統(BMS)。蓄電池管理系統11的電子裝置具有分散架構，其中將由蓄電池單池21的單池監控電子裝置(CSC電子裝置)構成的監控和控制單元130設計為衛星，它們分別設定用於監控一個或多個蓄電池單池21的功能狀態並且經由內部總線系統141與中央蓄電池控制裝置(B⑶)140通信。
[0008]蓄電池管理系統的電子裝置、尤其是蓄電池單池21的監控電子裝置是需要的，以便保護臨界的在圖2中示出的狀態的蓄電池單池21，這能夠導致熱擊穿。在蓄電池管理系統的電子裝置中運行高消耗，以便一方面保護蓄電池單池21免於由於外部原因例如由於在電子驅動裝置的逆變器中的短路的過載，另一方面避免由於蓄電池管理系統的電子裝置的故障、例如由於蓄電池單池電壓通過監控和控制單元130的錯誤的檢測危害蓄電池單池21。
[0009]如同在圖1中示出的蓄電池系統中那樣，在圖3中示出的蓄電池系統中牽引用蓄電池經由分離和充電裝置40與正蓄電池端子24是可連接的並且經由分離裝置50與負蓄電池端子25是可連接的。在此為了表示相同或相似的構件對於在圖1和3中示出的蓄電池系統分別使用相同的附圖標記。
[0010]此外將中央的蓄電池控制裝置140設計為控制分離和充電裝置40的分離開關(繼電器)41和充電開關(繼電器)42。分離開關41和充電開關42藉助於蓄電池控制裝置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設計為控制分離裝置50的另一分離開關(繼電器)51。藉助於蓄電池控制裝置140分離開關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經由高伏特導線144、145與各個其他的蓄電池端子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，它們被設置用於測量流過牽引用蓄電池20的電流。蓄電池控制裝置140經由CAN總線146也與車輛接口通信。經由CAN總線能夠給蓄電池控制裝置140提供關於車輛的功能狀態的信息。
[0012]在應用由現有技術已知的蓄電池系統的蓄電池管理系統11中因此力求如此提高蓄電池系統10的安全，使得不出現不合理的危險。在此按照標準IS026262對蓄電池管理系統11的功能安全提出了高要求，因為如上已經闡明的電子裝置的故障能夠導致危險。此外對於鋰離子蓄電池單池規定了安全測試。為了允許運輸蓄電池單池，必須實施例如UN運輸測試。測量結果必須按照EUCAR危險級別或危險等級進行評估。蓄電池單池在此必須遵循預定的最小安全等級。為了達到這一點，在設定用於牽引用蓄電池的蓄電池單池中採取多種附加措施。
[0013]如果不能夠顯著提高蓄電池單池21的安全，那麼對於用於具有用於電動車和插拔式混合動力(Plug-1n混合動力)的牽引用蓄電池20的蓄電池系統的蓄電池管理系統預測地建立按照危險等級ASIL C的分級。這樣的附加措施由此採取，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明的安全裝置。
[0014]在蓄電池單池中集成過充安全裝置(0SD)。這樣的過充安全裝置使得蓄電池單池在過充過程中不超過EUCAR危險等級4。蓄電池單池電壓的允許範圍在4.2V處結束。在過充過程中蓄電池單池自從一個大約5V的蓄電池單池電壓形成如此高的內壓，其向外彎曲過充安全裝置的膜片並且將該蓄電池單池電地短路。作為其結果如此地將蓄電池單池放電，直至激活蓄電池單池內的安全裝置。在蓄電池單池的兩個極之間的蓄電池單池的短路通過過充安全裝置維持。
[0015]此外將蓄電池單池安全裝置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儀器，但是當蓄電池單池在蓄電池模塊的串聯電路中或在蓄電池系統中安裝時引起極大的問題。在那裡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產生如此限定的短路路徑，其不會導致在定子進入的區域中蓄電池單池的極度局部發熱，該發熱能夠導致存在的分離器的局部熔化。
[0017]在蓄電池單池中也集成有功能安全層(SFL)。該功能安全層通過蓄電池單池的兩個電極之一的陶瓷塗層、優選通過陽極的陶瓷塗層實現。藉助於功能安全層能夠在分離器熔化時阻止蓄電池單池的平面短路並繼而阻止蓄電池單池的電能極端快速地轉化為損耗熱量。
[0018]在蓄電池單池中此外也集成有碰撞安全裝置。碰撞安全裝置具有與穿刺安全裝置類似的功能方式。在蓄電池單池殼體的極度機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熱並且由此提高蓄電池單池的安全。
[0019]在當前處於研發中的蓄電池單池中，尤其地用於電氣安全的措施涉及極大的成本，這些措施例如保護免於過充或者確保過濾保護。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中之後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產生這樣的情況，即存在的蓄電池管理系統(BMS)的電子裝置經受非常高的負電壓。由此在蓄電池系統層面上產生附加的成本，因為必須滿足針對蓄電池單池層的運輸規程，而不會由此涉及其他的利用。


【發明內容】

[0020]按照本發明提出一種蓄電池模塊，具有由多個蓄電池單池組成的蓄電池單池電路和用於監控所述蓄電池模塊的功能狀態的監控和控制單元。在此，在所述蓄電池模塊中設有具有兩個半橋的耦合單元，所述半橋分別包括與所述蓄電池單池電路的正極耦合的第一功率半導體、與所述蓄電池單池電路的負極耦合的第二功率半導體以及中間連接端。所述半橋經由所述相應的中間連接端與所述蓄電池模塊的分別另一輸出端子連接。此外所述蓄電池模塊設置用於在正常運行下藉助於通過監控和控制單元的控制如此運行所述耦合單元，使得接通所述兩個半橋之一的第一功率半導體和所述另一半橋的第二功率半導體而關斷所述半橋的其他功率半導體，從而蓄電池模塊電壓可選擇地沿正方向或負方向施加到所述蓄電池模塊的輸出端子上。
[0021]按照本發明也提供一種用於監控蓄電池模塊的方法，其中藉助於在蓄電池模塊中設置的監控和控制單池監控蓄電池模塊。在此藉助於耦合單元運行所述蓄電池模塊，耦合單元包括由功率半導體組成的形成全橋的半橋。如果通過所述監控和控制單元確定與蓄電池模塊的正常運行不同的故障情況或危險情況，那麼藉助於所述耦合單元和/或與所述蓄電池單池耦合的並且設計用於所述蓄電池模塊的快速放電的放電電路的控制使得所述蓄電池模塊處於一種安全狀態下。
[0022]按照本發明還提供一種蓄電池系統，其包括蓄電池和蓄電池管理系統，所述蓄電池具有至少一個蓄電池組，在所述蓄電池組中設置多個按照本發明的蓄電池模塊，其中所述蓄電池管理系統被構造為與所述蓄電池模塊的監控和控制單元通信。
[0023]下文中示出了本發明優選的改進。
[0024]清楚地說按照本發明提供一種蓄電池模塊，其包括集成的監控和控制單元並且提供可換極的輸出電壓。尤其是基於在蓄電池模塊中設置的具有四個功率半導體的耦合單元實現了，通過功率半導體的有目的的控制提供一系列可調節的用於保護蓄電池模塊的安全功能。安全功能能夠基於通過監控和控制單元蓄電池模塊的監控有目的地應用。在正常運行中能夠關於在蓄電池模塊的輸出端子上提供的輸出電壓將蓄電池模塊換極，從而按照本發明的蓄電池模塊能夠沿正方向或負方向輸出蓄電池模塊電壓。
[0025]基於按照本發明的蓄電池模塊的功能，即換極蓄電池模塊電壓，按照本發明的蓄電池模塊尤其是適用在具有逐級可調節的輸出電壓的三相蓄電池系統中，將這些三相蓄電池系統稱為蓄電池直流逆變器，或者一般適用於在具有逐級可調節的輸出電壓的多相蓄電池系統中。
[0026]優選地，按照本發明的監控和控制單元還被構造用於，為了調節蓄電池模塊的正常運行，其中在蓄電池模塊的輸出端子上不存在電壓，如此控制耦合單元的功率半導體，使得接通半橋的或者第一或者第二功率半導體。換句話說，按照本發明的蓄電池模塊也能夠可選擇地輸出OV電壓到其輸出端子。優選地，在此關斷其他兩個功率半導體，也就是說例如在接通第一功率半導體的情況下關斷兩個第二功率半導體，以及與之相反地。
[0027]在本發明的一個優選實施形式中，按照本發明的監控和控制單元設計為，當存在其值超過上電壓閾值的蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓時，和/或當存在其值低於下電壓閾值的蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓時，如此控制耦合單元的功率半導體，以便調節蓄電池模塊的功能狀態，在所述功能狀態下沒有電流能夠流過所述蓄電池模塊，使得接通半橋的第一或第二功率半導體並且關斷半橋的第二或第一功率半導體。
[0028]這具有的優點在於，監控和控制單元根據超過蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓的上閾值識別在正常運行下工作的蓄電池模塊的有威脅的過充，並且隨後能夠有利地不再給蓄電池模塊充電並且由此例如在蓄電池充電裝置故障的情況下安全地保護蓄電池單池免於過充。
[0029]此外監控和控制單元根據低於蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓的下閾值識別基於在正常運行下工作的蓄電池模塊的有威脅的深度放電，其中將蓄電池模塊轉變為安全狀態，在該狀態下不再有電流流過蓄電池模塊。可能通過整個包括按照本發明的蓄電池模塊的蓄電池系統向外可輸出的電流在按照本發明的蓄電池模塊中流過僅僅存在的功率半導體或半導體開關。
[0030]在本發明的另一優選實施形式中，按照本發明的監控和控制單元設定用於，當存在其值超過預定或適合地選擇的充電電流閾值的充電電流時，和/或當存在其值超過預定或適合地選擇的放電電流閾值的放電電流時，如此控制所述耦合單元的所述功率半導體以便調節所述蓄電池模塊的功能狀態，在所述功能狀態下不再有電流能夠流過所述蓄電池模塊，使得接通所述半橋的第一或第二功率半導體並且關斷所述半橋的第二或第一功率半導體。
[0031 ] 因此監控和控制單元基於在正常運行中工作的蓄電池模塊識別到由於過高的放電電流的有威脅的過載，這些過高的放電電流例如能夠作為由於在逆變器中的故障蓄電池的外部短路的結果出現。在此將蓄電池模塊轉變為安全狀態，在該狀態下沒有電流流過蓄電池模塊。因此保護蓄電池模塊免於具有不允許高的放電電流的負載。
[0032]此外監控和控制單元基於在正常運行中工作的蓄電池模塊識別到由於過高的充電電流的有威脅的過載，其中隨後將蓄電池模塊轉變為安全狀態，在該狀態下不再有電流流過蓄電池模塊。因此保護蓄電池模塊免於具有不允許高的充電電流的負載。這例如在存在非常低的溫度的情況下是尤其有利的，其中各個蓄電池單池關於在陽極上可構成的鋰塗層是尤其敏感的。
[0033]在本發明的一個尤其有利的實施形式中，按照本發明的監控和控制單元被構造用於，根據尤其是通過蓄電池管理系統通信的信息的分析識別危險情況的存在，在該危險情況下能夠損壞蓄電池模塊。此外，按照本發明的監控和控制單元能夠被構造用於，當存在危險情況時如此控制耦合單元的兩個半橋中的至少之一，使得接通一個半橋的第一或第二功率半導體並且使得相同半橋的第二或第一功率半導體在所謂的激活運行中作為可控制的電阻工作，從而將蓄電池模塊放電。為此能夠將另一半橋的第一和/或第二功率半導體關斷。此外能夠為了蓄電池模塊的放電分別接通各個半橋的兩個第一或第二功率半導體，與之相對地相應地兩個半橋的第二或第一功率半導體在激活運行中工作。
[0034]換句話說，能夠在一種情況下一其中按照本發明本質安全的蓄電池模塊的監控和控制單元的電子裝置通過蓄電池管理系統例如被告知關於此的相應信息，即關於其中安裝有按照本發明的蓄電池系統的汽車具有事故的信息——經由兩個半橋之一或者並聯地經由兩個半橋將蓄電池模塊放電。在蓄電池模塊經由兩個半橋之一放電期間蓄電池模塊沒有通過其輸出端子輸出電壓，然而即便如此緩慢地放電。尤其是作為可控的電阻運行的功率半導體在此包括其熱連接和冷卻按照要求進行設計。
[0035]在本發明的另一尤其有利的實施形式中，監控和控制單元設置用於，根據測量的單池溫度或蓄電池模塊溫度的分析、尤其是當超過預定溫度閾值的單池溫度或蓄電池模塊溫度時和/或根據蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓的分析、尤其是當蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓的電壓驟降時識別危險情況的存在。
[0036]在本發明的另一尤其優選的實施形式中，蓄電池模塊此外設有與所述蓄電池單池耦合的放電電路、尤其是具有由功率半導體和電阻組成的串聯電路的放電電路。在此能夠將蓄電池模塊設置用於，當存在危險情況時如此控制所述放電電路，使得能夠實現蓄電池模塊藉助於放電電路的放電、尤其是蓄電池模塊以一個流過放電電路的放電電流的放電，所述放電電流等於所述蓄電池模塊的短路電流的預定的一部分。其優點在於，在此不會基於熱損耗功率限制可實現的放電電流，該熱損耗功率在作為可控制的電阻運行的功率半導體中產生或者功率半導體能夠在持續運行中被強加。
[0037]因此，如果由蓄電池管理系統告知按照本發明的本質安全的蓄電池模塊的監控和控制單元的電子裝置設有按照本發明的蓄電池系統的車輛具有事故，那麼能夠通過放電電路——其在下文中也稱為超快速放電電路(UFDD)——儘可能快地將蓄電池單池放電。為了支持放電電流，蓄電池單池也能夠通過一個或兩個半橋放電。
[0038]按照一個方面能夠基於按照本發明危險情況的識別有利地尤其是也可靠地識別測試過程——在該測試過程期間測試蓄電池模塊——的實施或者其他對於蓄電池模塊類似的情況。
[0039]如果按照本發明的蓄電池模塊例如在UN運輸測試的範圍中經受穿刺測試或碰撞測試，按照本發明的監控和控制單元的電子裝置通過蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓的分析識別到通過電流將蓄電池單池放電，而不會運行該蓄電池模塊。該過程的識別能夠例如通過蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓的電壓驟降實現。作為其結果立刻觸發經由按照本發明的放電電路對該蓄電池模塊的放電，並且隨後基本上經由放電電路對該蓄電池模塊放電。可選擇地也能夠在此如已經闡明的那樣通過兩個半橋實現蓄電池模塊的放電的支持。
[0040]如果按照本發明的蓄電池模塊經受強烈的發熱，那麼能夠通過按照本發明的監控和控制單元的電子裝置識別這一點。作為其結果立刻觸發例如經由按照本發明的放電電路對該蓄電池模塊的放電，並且經由放電電路及時將蓄電池模塊放電。
[0041]總而言之，按照本發明的電的本質安全的蓄電池模塊能夠結合在蓄電池模塊中設置的耦合單元以及監控和控制單元如此安全地設計，使得相比於由現有技術已知的蓄電池系統在按照本發明的蓄電池管理系統中必須對蓄電池管理系統提出更小的要求。除此之外能夠不用考慮多種當今實施的然而非目的明顯的措施，例如給蓄電池單池或蓄電池模塊設有集成的過充安全裝置和/或集成的蓄電池單池安全裝置。
[0042]此外能夠不用考慮或者至少非常簡單地實現常規的措施，其用於在存在強機械力作用的情況下提高安全性，如給蓄電池模塊設有集成的穿刺安全裝置和/或設有集成的碰撞安全裝置，因為在按照本發明的蓄電池模塊側的要求更小。在此實現了，強烈的機械力作用——如其例如在UN運輸測試中仿真的那樣——能夠無危險地作用於蓄電池單池。這尤其是也涉及藉助於穿刺測試以尖刺的物體對蓄電池模塊的穿刺和/或藉助於碰撞關於所有三個空間軸的蓄電池模塊或各個蓄電池單池的強烈變形。按照本發明的蓄電池模塊能夠藉助於監控和控制單元自動保護自身免於不允許的運行狀態，在此例如不應該分配到蓄電池管理系統的電子裝置的安全功能上。
[0043]通過按照本發明的電氣的本質安全的蓄電池模塊因此一種基本組合是可用的，由這種基本組合能夠構成尤其是在電動和混合動力車輛中的安全的蓄電池系統，其安全性尤其高於在由現有技術已知的蓄電池系統中的安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]下面參照所附附圖詳細地描述本發明的實施例。其中:
[0045]圖1示出了由現有技術已知的具有牽引用蓄電池的原理電路圖；
[0046]圖2示出了一個示意圖，其示出了一個由現有技術已知的鋰離子蓄電池的故障機制，該故障機制能夠導致該鋰離子蓄電池的熱擊穿；
[0047]圖3示出了由現有技術已知的蓄電池系統的原理電路圖，該蓄電池系統包括由多個蓄電池單池構成的牽引用蓄電池和蓄電池管理系統；
[0048]圖4示出了根據本發明的第一實施形式的蓄電池模塊的原理電路圖；
[0049]圖5示出了根據本發明的另一實施形式的蓄電池模塊的原理電路圖；
[0050]圖6示出了根據本發明的又一實施形式的蓄電池模塊的原理電路圖；
[0051]圖7示出了根據本發明的又一實施形式的蓄電池模塊的原理電路圖；
[0052]圖8示出了根據本發明的又一實施形式的蓄電池模塊的原理電路圖；
[0053]圖9示出了根據本發明的又一實施形式的蓄電池模塊的原理電路圖；
[0054]圖10示出了根據本發明的又一實施形式的蓄電池模塊的原理電路圖；
[0055]圖11示出了根據本發明的又一實施形式的蓄電池模塊的原理電路圖，其包括用於蓄電池模塊的快速放電的超快速放電裝置；以及
[0056]圖12示出了具有三個蓄電池組的蓄電池直流逆變器的原理電路圖，其中分別多個按照本發明的蓄電池模塊串聯連接。

【具體實施方式】
[0057]在圖4中示出了根據本發明的第一實施形式的蓄電池模塊221的原理電路圖。根據本發明的第一實施形式的蓄電池模塊221包括多個在蓄電池單池電路226中設置的蓄電池單池21。蓄電池單池電路226在此為串聯電路，但是在本發明的其他實施形式中能夠具有並聯電路或者具有並聯電路和串聯電阻的組合。蓄電池單池與單池監控電子裝置(CSC)228連接，其設置用於監控各個蓄電池單池21。根據在此示出的實施形式通過中央單池監控電子裝置實現單池監控電子裝置228，其與所有蓄電池單池21連接並且此外尤其是能夠控制單池平衡。
[0058]蓄電池模塊221此外具有耦合單元，其由具有第一和第二功率半導體241、242的第一半橋(圖4中的右半橋)和具有第一和第二功率半導體251、252的第二半橋(圖4中的左半橋)構成。兩個半橋240、250共同形成一個具有四個功率半導體241、242、251、252的全橋。平行於功率半導體241、242、251、252分別連接一個二極體260，其導通方向相反於相應的功率半導體的導通方向走向。為了簡化圖示每個半橋240、250僅僅一個二極體設有附圖標記160。
[0059]第一半橋240在一個配屬給第一功率半導體241 (圖4的右半橋的上功率半導體開關)的第一連接端上與蓄電池單池或蓄電池單池電路226的正極222連接並且在一個配屬給第二功率半導體242 (圖4的右半橋的下功率半導體開關)的第二連接端上與蓄電池單池電路226的負極223連接。第一半橋240此外在一個中間連接端上與蓄電池模塊221的第一輸出端子224連接。
[0060]第二半橋250在一個配屬給第一功率半導體251 (圖4的左半橋的上功率半導體開關)的第一連接端上與蓄電池單池電路226的正極222連接並且在一個配屬給第二功率半導體252 (圖4的左半橋的下功率半導體開關)的第二連接端上與蓄電池單池電路2126的負極223連接。第二半橋250此外在一個中間連接端上與蓄電池模塊221的第二輸出端子225連接。
[0061 ] 按照本發明的蓄電池模塊221此外包括一個與蓄電池單池電路226並聯連接的監控和控制單元230以用於監控蓄電池模塊221的功能狀態。監控和控制單元230按照本發明設置具有用於四個功率半導體241、242、251、252的集成控制。
[0062]功率半導體241、242、251、252能夠藉助於按照本發明的監控和控制單元230如此控制，使得如果在正常運行下蓄電池模塊221應該沿正方向(+UBattOTi_dul)輸出蓄電池模塊電壓到輸出端子224、225，接通第一半橋240的第一功率半導體241以及第二半橋250的第二功率半導體252並且關斷其他兩個功率半導體242、251。
[0063]功率半導體241、242、251、252能夠藉助於按照本發明的監控和控制單元230如此控制，使得如果在正常運行下蓄電池模塊221應該沿負方向(_UBattOTi_dul)輸出蓄電池模塊電壓到輸出端子224、225，接通第一半橋240的第二功率半導體242以及第二半橋250的第一功率半導體251並且關斷其他兩個功率半導體241、252。
[0064]功率半導體241、242、251、252此外能夠藉助於按照本發明的監控和控制單元230如此控制，使得在蓄電池模塊221的正常運行中可選擇地蓄電池模塊221的功能狀態也是可調節的，在該功能狀態下蓄電池模塊221不發出輸出電壓。在該狀態下，或者接通兩個半橋240、250的第一功率半導體241、251並且關斷其他兩個功率半導體242、252，或者接通兩個半橋240、250的第一功率半導體242、252並且關斷其他兩個功率半導體241、252。
[0065]在圖4中也示出了蓄電池管理系統211，其與蓄電池模塊221連接並且被構造為，與監控和控制單元230交換信息。在蓄電池管理系統211與監控和控制單元20之間的通信藉助於雙箭頭215表示。
[0066]此外監控和控制單元230與中央單池監控電子裝置229連接。通信235能夠例如通過總線實現，尤其是通過有線連接的總線235,例如CAN總線或FlexRay。然而本發明不限於有線連接的總線。如果因此在下文中談及(有線連接)總線，那麼通信在多種情況下能夠取而代之地也通過無線連接例如藍牙實現。因此由單池監控電子裝置229給監控和控制單元230傳送尤其是電壓和/或電流值，它們由監控和控制單元230再處理用於安全監控，如在下文中示出的那樣。
[0067]如果監控和控制單元230基於蓄電池單池21的正常運行識別到根據超過蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓的上閾值的蓄電池模塊221的有威脅的過充，那麼藉助於監控和控制單元230或者接通兩個半橋240、250的第一功率半導體241、251並且關斷其他兩個功率半導體242、252，或者備選地接通兩個半橋240、250的第二功率半導體242、252並且關斷其他兩個功率半導體241、251。隨便不再繼續給蓄電池模塊221充電並且能夠因此例如當存在使用的蓄電池充電裝置故障時安全地保護免於過充。
[0068]如果監控和控制單元230基於蓄電池模塊221的正常運行識別到根據低於蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓的下閾值的蓄電池模塊221的有威脅的深度放電，那麼藉助於監控和控制單元230或者接通兩個半橋240、250的第一功率半導體241、251並且關斷其他兩個功率半導體242、252，或者備選地接通兩個半橋240、250的第二功率半導體242、252並且關斷其他兩個功率半導體241、242。隨後電流不再流過蓄電池模塊221。可能通過設有按照本發明的蓄電池模塊221的整個蓄電池系統向外輸出的電流在蓄電池模塊221中僅僅流過蓄電池模塊221的耦合單元的功率半導體(半導體開關)241、242、251、252。
[0069]如果監控和控制單元230基於蓄電池模塊221的正常運行識別到由於過高放電電流的蓄電池模塊221的有威脅的過載，這些過高的放電電流例如能夠作為由於在逆變器中的故障蓄電池的外部短路的結果出現，那麼藉助於監控和控制單元230或者接通兩個半橋240,250的第一功率半導體241、251並且關斷其他兩個功率半導體242、252，或者備選地接通兩個半橋240、250的第二功率半導體242、252並且關斷其他兩個功率半導體241、242。隨後電流不再流過蓄電池模塊221。因此保護蓄電池模塊221免於具有不允許高的放電電流的負載。
[0070]如果監控和控制單元230基於蓄電池模塊221的正常運行識別到由於在非常低的溫度下過高充電電流的蓄電池模塊221的有威脅的過載，其中蓄電池單池21關於尤其是在陽極上可構成的鋰塗層是尤其敏感的，那麼藉助於監控和控制單元230或者接通兩個半橋240,250的第一功率半導體241、251並且關斷其他兩個功率半導體242、252，或者備選地接通兩個半橋240、250的第二功率半導體242、252並且關斷其他兩個功率半導體241、242。隨後電流不再流過蓄電池模塊221，並且因此保護蓄電池模塊221免於具有不允許高的充電電流的負載。
[0071]如果按照本發明的本質安全的蓄電池模塊221的監控和控制單元230例如在車輛中由蓄電池管理系統211告知該車輛具有事故，那麼蓄電池模塊221或者其蓄電池單池21經由兩個半橋240之一或者經由兩個半橋240、250並行放電。例如為此藉助於監控和控制單元230接通兩個半橋240、250中之一的第二功率半導體242、252或者兩個半橋240、250的第二功率半導體242、252並且將兩個半橋240、250中之一的第一功率半導體241、251或者兩個半橋240、250的第一功率半導體241、251在所謂的激活運行下作為可控制的電阻運行。蓄電池單池21或蓄電池模塊221的放電能夠以相同方式也伴隨著兩個半橋240、250的第一功率半導體241、251和第二功率半導體241、251的角色的轉換實現。蓄電池模塊221在其輸出端子224、225上沒有輸出電壓並且基本如此緩慢地放電。可實現的放電電流在此僅僅通過熱損耗功率受限，該損耗功率能夠在持續運行中強加給作為可控制的電阻運行的功率半導體241、242、251、252。該作為可控制的電阻運行的功率半導體241、242、251、252包括其熱連接和冷卻因此按照要求進行設計。
[0072]在圖5中示出了根據本發明的另一實施形式的蓄電池模塊的原理電路圖。與在圖4中示出的實施形式的不同之處在於，蓄電池單池21在此分別設有自身的單池監控電子裝置231。此外，類似於在圖4中那樣，也存在一個中央單池監控電子裝置229，其中然而單池監控的幾個功能不是在中央單池監控電子裝置229中而是在各個蓄電池單池21中或在相應的蓄電池單池自身的單池監控電子裝置231中構成。為此中央單池監控電子裝置229與蓄電池單池中的各個單池監控電子裝置231通信。該通信能夠藉助於總線235實現，不僅中央單池監控電子裝置229而且蓄電池單池自身的單池監控電子裝置231連接到該總線。按照本發明的監控和控制單元230與之相對地類似於根據圖4中那樣與中央單池監控電子裝置229通信。
[0073]在圖6中示出了根據本發明的又一實施形式的蓄電池模塊的原理電路圖。與在圖5中示出的實施形式的不同之處在於，蓄電池單池自身的單池監控電子裝置231在此分別經由一個自身的亦即獨立的通信總線與中央單池監控電子裝置229連接，該中央單池監控電子裝置為此在示出側具有相應更多數量的接口。
[0074]圖7中示出了根據本發明的又一實施形式的蓄電池模塊的原理電路圖，其中按照該實施形式存在蓄電池單池自身的單池監控電子裝置231與中央單池監控電子裝置229之間的通信連接235，從而中央單池監控電子裝置229僅僅與唯一的單池監控電子裝置228直接通信。蓄電池單池自身的單池監控電子裝置228彼此通過菊鏈通信，從而所有相關的蓄電池單池數據首先經由菊花鏈並且隨後經由通信連接傳輸，該通信連接在附圖中以附圖標記225表示。
[0075]本發明然而不限於這樣的蓄電池單池自身的單池監控電子裝置231，其設置在相應的蓄電池單池21內。備選地可以考慮，對於每個蓄電池單池21相應獨立的中央單池監控電子裝置231設置在蓄電池單池21之外並且與蓄電池單池連接，其中可選擇地中央(主)單池監控電子裝置能夠存在。
[0076]圖8至10示出了本發明另外的實施形式，其中在這些實施形式中監控和控制單元230直接與蓄電池單池自身的單池監控電子裝置231連接，而位子不再存在中央單池監控電子裝置229。因此一些單池監控任務直接設計在蓄電池單池21內/上，其中獲取的測量結果和單池監控電子裝置231的輸出直接通信到監控和控制單元230。
[0077]在監控和控制單元230與單池監控電子裝置231之間的通信235在此類似於在進一步地在上面結合圖5至7討論的這些實施形式中那樣實現，具有的區別在於，一個或多個相應通信總線連接到監控和控制單元230而沒有連接到中央單池監控電子裝置。因此圖8示出了本發明的一個實施形式，其中監控和控制單元230經由總線與單池監控電子裝置231連接，而在圖9中在一方面監控和控制單元230與另一方面相應的單池監控電子裝置231之間存在多個通信連接或總線。此外圖10示出一個實施例，其中各個單池監控電子裝置231彼此通信，其中多個單池監控電子裝置231之一與監控和控制單元230連接。
[0078]在圖11中示出了根據本發明的另一實施形式的蓄電池模塊221的原理電路圖。根據本發明的該另一實施形式的蓄電池模塊221與在圖4至10中示出的蓄電池模塊的不同之處在於，蓄電池模塊221現在附加地包括放電電路270作為超快速放電裝置(UFDD)。放電電路270在此包括一個在蓄電池單池電路226的正極222與負極223之間連接的由功率半導體271和電阻272組成的串聯電路並且在蓄電池模塊221中設計為用於藉助於流過放電電路270的放電電流將蓄電池單池21放電。
[0079]如對於本領域內技術人員來說知道的那樣，中央單池監控電子裝置229和蓄電池單池自身的單池監控電子裝置231的不同組合能夠在蓄電池模塊221中設置，該蓄電池模塊具有包括按照本發明的放電電路270的監控和控制單元230。在此使用的通信拓撲在此不限於示例性的在圖11中示出的拓撲。因為雖然根據圖11用於在監控和控制單元230與單池監控電子裝置228、229之間的通信235的連接拓撲相應於在圖4中示出的拓撲，然而在其他實施例中連接拓撲也能夠例如相應於在圖5至10中示出的拓撲，其中這些備選的實施形式在此僅僅處於簡單不再進一步討論。
[0080]如果在按照本發明的本質安全的蓄電池模塊221的監控和控制單元230的在圖11中示出的實施形式中由蓄電池管理系統211——其設置在具有多個這樣的蓄電池模塊221的蓄電池系統中——告知，設有按照本發明的蓄電池系統的車輛具有事故，那麼經由放電電路270快速將蓄電池模塊221放電。為了支持放電電路270，同時也能夠經由兩個半橋240、250將蓄電池模塊221放電。為了支持放電電路270，藉助於監控和控制單元230尤其是接通半橋240、250的兩個第二功率半導體242、252。蓄電池模塊21隨後在放電期間不輸出電壓到其輸出端子224、225。放電電路270能夠如此設計，使得能夠以非常大的放電電流接近短路地將蓄電池模塊221放電。由此非常快速地使得蓄電池模塊21處於安全狀態。由此能夠在車輛層面上存在這樣的情況，其中蓄電池單池21在機械上非常強烈地變形並且通過尖刺的物體刺透。
[0081]類似於在圖4至10中示出的實施形式中那樣，能夠支持地藉助於監控和控制單元230也在激活運行中作為可控制的電阻運行兩個半橋240、250的第一功率半導體241、251。
[0082]如果按照本發明的蓄電池模塊的蓄電池單池例如在UN運輸測試的範圍中經受穿刺測試或碰撞測試或者位於在相似的情況中，那麼監控和控制單元230通過蓄電池單池電壓的分析識別到，通過電流將蓄電池單池21放電，而不會運行該蓄電池單池。該過程的識別能夠例如通過蓄電池單池21的電壓驟降實現。監控和控制單元230在此立刻觸發通過按照本發明的放電電路270將蓄電池單池21放電，並且隨後基本上經由放電電路270對該蓄電池單池21放電。
[0083]如果按照本發明的蓄電池模塊221的蓄電池單池21經受強烈的發熱，那麼能夠由監控和控制單元230識別這一點。因為用於蓄電池單池21的發熱的時間常數一般非常大，所以能夠在蓄電池模塊221的溫度超過臨界值之前通過按照本發明的放電電路270及時引起蓄電池模塊221的放電。可選擇地也能夠通過兩個半橋240、250實現蓄電池模塊221的放電。為了支持放電電路270，藉助於監控和控制單元230尤其是接通兩個半橋240、250的兩個第二功率半導體242、252。由此按照本發明的蓄電池模塊221相對於由現有技術已知的蓄電池模塊大大地更加安全。
[0084]在此提出的按照本發明的蓄電池模塊221中位於在輸出端子224、225上的蓄電池單池電壓在激活安全措施時或者在激活超快速的放電電路(UFDD) 270時保持根據總是小於例如4.2V的最大允許的蓄電池單池電壓的數值，這些安全措施通過在半橋240、250中的開關狀態的變化發生。這同樣是相對於現有技術的極大的改善，因為否則例如在激活蓄電池單池內部的熔化安全裝置時能夠出現非常高的負電壓，其在電動車輛蓄電池中能夠為-400V，該負電壓對於蓄電池管理系統的電子裝置引起很大的問題。
[0085]在此提出的按照本發明的蓄電池模塊221不限於鋰離子蓄電池單池。該蓄電池單池也能夠包括其他蓄電池單池技術，例如用於鎳金屬混合動力蓄電池單池。
[0086]在這裡示出的按照本發明的具有可換極的輸出電壓的本質安全的蓄電池模塊221中能夠不用考慮至今採用的過充安全裝置(OSD)和蓄電池單池安全裝置。這些為了提高在機械變形或穿透時的安全性採用的措施、例如給蓄電池單池設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單地設計。通過在此提出的按照本發明的蓄電池模塊221能夠構成蓄電池系統，對該蓄電池系統的蓄電池管理系統211相比於對由現有技術已知的蓄電池系統提出更少的要求。蓄電池管理系統211的電子裝置因此能夠預測地僅僅以通常的直流確保措施(ASIL-分級QM)開發並且不必須滿足ASIL C。蓄電池系統的安全能夠相對於現有技術極大地改善。在圖10中示出的蓄電池直流逆變器210是用於在此提出的按照本發明的電氣本質安全的蓄電池模塊221的一個例子。
[0087]基於在此提出的按照本發明的蓄電池模塊221的功能，為了使得在蓄電池單池21的接線端上的蓄電池單池電壓換極，按照本發明的蓄電池模塊221尤其適用於具有分級可調節的輸出電壓的這樣的蓄電池直流逆變器210。
[0088]在圖12中示出的蓄電池直流逆變器210是一個具有分級可調節的輸出電壓的三相蓄電池系統。蓄電池直流逆變器210包括三個蓄電池組280、290、300，它們分別具有由多個按照本發明的蓄電池模塊221組成的串聯電路。蓄電池組280、290、300的這些串聯電路分別通過充電和分離裝置40與正蓄電池組極281、291、301連接，而分別通過分離裝置50與負蓄電池組極282、292、302連接。
[0089]按照本發明在此如此地控制蓄電池單池或蓄電池模塊，使得其運行參數位於在相應的閾值內，這些運行參數對於安全的運行是必要的。
[0090]因此鋰離子蓄電池單池典型地在2.8V至4.2V的Umin至Umax的電壓範圍內或者優選在3.0V至4.2V的電壓範圍內運行。這尤其是適用於安全性相關的值Umin_safety或UmaX_Safety。該說明然而適用於蓄電池在空載中待測量的電壓，也就是說，如果沒有電流流過蓄電池單池。在此必須一定注意這些閾值，因為否則電極能夠遭受損壞。
[0091]蓄電池單池的空載電壓基本上依賴於其充電狀態。在此典型地，當電壓UBatteriezelle為2.8V時充電狀態SOC採用0%，當3.5V時充電狀態採用20%，並且當4.2V時充電狀態採用100%，其中這些值分別依賴於陰極、陽極和/或使用的電解質的類型和材料。
[0092]如果電流流過蓄電池單池,那麼蓄電池單池電壓UBatteriezelle不同於上述的數量說明。假設，空載電壓為3.5V，並且蓄電池單池的內阻在25°C時為ΙΟπιΩ。在100Α的充電電流下那麼由3.5V+1.0V=4.5V得出待測量的電壓值UBatteriezelle。在溫度為(TC時，蓄電池單池的內阻然而示例性地為直至50πιΩ，這在50Α的示例性的放電電流時產生
3.5V-2.5V=1.0V的電壓值UBatteriezelle。基於使用的控制器和使用的傳感器這些電壓值在例如0°C的室內溫度的情況下但是沒有達到。一般能夠在蓄電池單池的運行中用於Umax的值位於在4.2V與5.0V之間，用於Umin的值位於在1.5V與4.2V之間、優選位於在1.8V與4.15V之間，然而這些值不涉及空載電壓。
[0093]上述電壓值適用於單個蓄電池單池。對於蓄電池模塊取決於多少單元串聯或並聯連接。因此允許的模塊空載電壓UBatteriemodul位於在ηX2.8V至nX4.2V之間，其中η表示相互串聯連接的蓄電池單池的數量。
[0094]在鋰離子蓄電池單池中用於溫度的閾值例如在Tmin=_40 °C並且Tmax=30 V至50°C,最好優選為35°C至40°C。由安全方面來說46°C至80°C的最大溫度Tmax_safety應該不超過優選50°C至60°C。此外運行蓄電池單池的最大外部溫度Tau β en應該不超過40。。。
[0095]通過蓄電池單池的蓄電池電流不應該位於在-1000A至+1000A、優選-600A至+600A、還更優選-500A至+500A、還更優選-450A至+450A、還更優選-350A至+350A的範圍之外。
[0096]蓄電池單池的內壓不應該離開2bar至8bar、優選3bar至7bar的壓強範圍。
[0097]上述討論示例性地用於鋰離子蓄電池單池或鋰離子蓄電池模塊，其中給出的值尤其適用於具有鋰-鎂-鈷氧化物作為用於陰極的活性材料的鋰離子蓄電池單池。然而本發明不限於這樣的蓄電池單池、尤其是不限於鋰離子蓄電池單池。在實踐中因此待選擇的運行參數的數值依賴於相應的蓄電池單池類型。
[0098]除了上述書面的公開之外，在此為了進一步公開本發明補充地參考在圖1至12中的圖示。
【權利要求】
1.一種蓄電池模塊(221)，其具有由多個蓄電池單池(21)組成的蓄電池單池電路(226)和用於監控所述蓄電池模塊(221)的功能狀態的監控和控制單元(230)，其特徵在於，在所述蓄電池模塊(221)中設置具有兩個半橋(240、250)的耦合單元，所述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體(241、251)、與所述蓄電池單池電路(226)的負極(223)耦合的第二功率半導體(242、252)以及中間連接端，並且經由相應的中間連接端與所述蓄電池模塊(221)的相應的另一輸出端子(224、225)連接，其中所述蓄電池模塊(221)被設置為在正常運行下藉助於通過所述監控和控制單元(230)的控制如此運行所述耦合單元，以使得接通所述兩個半橋(240、250)之一的第一功率半導體(241、251)和另一半橋(240、250)的第二功率半導體(242、252)並且關斷所述半橋(240、250)的其他功率半導體(241、242、251、252)，以便蓄電池模塊電壓可選擇地沿正方向或負方向施加到所述蓄電池模塊(221)的輸出端子(224、225)上。
2.根據權利要求1所述的蓄電池模塊(221)，其中所述蓄電池模塊(221)還被設置為在所述正常運行下通過所述監控和控制單元(230)如此控制所述耦合單元，以使得接通所述第一功率半導體(241、251)或接通所述第二功率半導體(242、252)，以便沒有蓄電池模塊電壓施加到所述蓄電池模塊(221)的輸出端子(224、225)上。
3.根據權利要求1或2所述的蓄電池模塊(221)，其中所述監控和控制單元(230)被構造為監控蓄電池單池電壓和/或蓄電池模塊電壓和/或流過所述蓄電池模塊的電流，並且當存在其值超過上電壓閾值的蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓時，和/或當存在其值低於下電壓閾值的蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓時，和/或當存在其值超過預定的充電電流閾值的充電電流時，和/或當存在其值超過預定的放電電流閾值的放電電流時，如此控制所述耦合單元的所述功率半導體(241、242、251、252)以調節所述蓄電池模塊(221)的功能狀態，在所述功能狀態下沒有電流流過所述蓄電池模塊(221)，以便接通所述半橋(240.250)的第一功 率半導體(241、251)或第二功率半導體(242、252)並且關斷所述半橋(240.250)的第二功率半導體(242、252)或第一功率半導體(241、251)。
4.根據上述權利要求之一所述的蓄電池模塊(221)，其中所述監控和控制單元(230)被構造為，根據尤其是通過蓄電池管理系統通信的信息和/或對所測量的單池溫度或蓄電池模塊溫度的分析和/或對所述蓄電池模塊電壓的分析來識別危險情況的存在，尤其是在超過預定的溫度閾值的單池溫度或蓄電池模塊溫度的情況下和/或所述蓄電池模塊電壓的電壓驟降的情況下來識別危險情況的存在；並且當存在所述危險情況時如此地控制耦合單元以將所述蓄電池模塊(221)放電，以使得在所述半橋(240、250)中的至少之一中接通相應的所述第一功率半導體(241、251)或相應的所述第二功率半導體(242、252)並且使得相應的另一功率半導體(241、242、251、252)作為可控制的電阻處於激活運行中。
5.根據上述權利要求之一所述的蓄電池模塊(221)，其中所述蓄電池模塊(221)包括與所述蓄電池單池電路(226 )耦合的放電電路(270 )、尤其是具有由功率半導體(271)和電阻(272)組成的串聯電路的放電電路(270)並且被設置為當存在危險情況時如此控制所述放電電路(270)，以使得能夠藉助於所述放電電路(270)實現對所述蓄電池模塊(221)的放電、尤其以流過所述放電電路(270)的放電電流實現對所述蓄電池模塊(221)的放電，所述放電電流相應於所述蓄電池模塊(221)的短路電流的一個預定的部分。
6.一種用於藉助於在蓄電池模塊(221)中設置的監控和控制單元(230)監控具有多個蓄電池單池(21)的蓄電池模塊(221)的方法，其特徵在於，藉助於在所述蓄電池模塊(221)中設置的耦合單元運行所述蓄電池模塊(221)，所述耦合單元包括兩個由功率半導體(241、242、251、252)組成的形成全橋的半橋(240、250)，其中如果通過所述監控和控制單元(230)確定與所述蓄電池模塊(221)的正常運行不同的故障情況或危險情況，那麼藉助於對所述耦合單元和/或與所述蓄電池單池(21)耦合的用於所述蓄電池模塊(221)的快速放電的放電電路(270)的控制使得所述蓄電池模塊(221)處於安全狀態下。
7.根據權利要求6所述的方法，其中藉助於所述監控和控制單元(230)監控蓄電池單池電壓和/或蓄電池模塊電壓和/或流過所述蓄電池模塊的電流，並且當存在其值超過上電壓閾值的蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓時，和/或當存在其值低於下電壓閾值的蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓時，和/或當存在其值超過預定的充電電流閾值的充電電流時，和/或當存在其值超過預定的放電電流閾值的放電電流時，使得所述耦合單元的所述功率半導體(241、242、251、252)處於一種開關狀態，在所述開關狀態中沒有電流流過所述蓄電池 模塊(221)。
8.根據權利要求6或7所述的方法，其中通過所述監控和控制單元(230)、根據尤其是通過蓄電池管理系統通信的信息和/或對所測量的單池溫度或蓄電池模塊溫度的分析和/或對蓄電池單池電壓或蓄電池模塊電壓的分析來確定危險情況的存在，尤其是在超過預定溫度閾值的單池溫度或蓄電池模塊溫度的情況下和/或所述蓄電池單池電壓或所述蓄電池模塊電壓的電壓驟降的情況下來識別危險情況的存在。
9.根據權利要求6至8之一所述的方法，其中當存在所述危險情況時如此控制所述耦合單元用於所述蓄電池模塊(221)的放電，以使得在所述半橋(240、250)的至少之一中接通相應的功率半導體(241、251)並且使得相應的其他功率半導體(242、252)在激活的運行中作為可控制的電阻運行。
10.根據權利要求6至9之一所述的方法，其中當存在所述危險情況時藉助於放電電路(270)以流過所述放電電路(270)的放電電流將所述蓄電池模塊(221)放電，所述放電電流相應於所述蓄電池模塊(221)的短路電流的一個預定的部分。
11.蓄電池系統(210)，其包括蓄電池和蓄電池管理系統(211)，所述蓄電池具有至少一個蓄電池組(280、290、300)，在所述蓄電池組中設有多個根據權利要求1至5之一所述的蓄電池模塊(221)，其中所述蓄電池管理系統被構造為與所述蓄電池模塊(221)的監控和控制單元(230)通信。
【文檔編號】H02J7/00GK104052097SQ201410093006
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月13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