具有更高可靠性的牽引電池的製作方法

2023-06-05 21:21:51

專利名稱：具有更高可靠性的牽引電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的電池，尤其是牽引電池。
背景技術：
現在看來，在將來會越來越多地使用混合動力車輛和電動車輛。在這些車輛概念中，對電池提出了與當前12V車載電網完全不同的要求。在本說明書中將用於混合動力車輛和電動車輛的電池稱作牽引電池，因為其用於電驅動裝置的饋給，在圖2中示出了這種電池的電路原理圖。為了實現混合動力車輛和電動車輛所要求的功率和能量數據，將單個電池單元串聯地並且部分附加並聯地連接。用於混合動力車輛的基於鋰離子電池單元的牽引電池例如可以構造如下整個牽引電池 額定電壓360V 容量4Ah 能量1440Wh單個電池單元(鋰離子) 額定電壓3.60V 容量4Ah 能量14.4Wh電池由100個電池單元的串聯電路組成。在圖3中示出了用於混合動力車輛和電動車輛的電路原理圖。通過逆變器16向電動機1饋電。例如在制動過程中，也可以通過逆變器16將能量反饋到電池15中。逆變器16在其直流電壓側通常具有平滑電容器，以便緩存輸入電壓。在圖2中示出的牽引電池除電池單元外還具有其他功能組 電池的正極4上的充電與分離裝置3·電池的負極8上的分離裝置7 服務插接件9這些功能組具有以下任務藉助牽引電池的正極4和負極8上的分離裝置中的兩個分離開關，可以在兩個極上關斷電池單元。這也稱作電池單元的兩極關斷。因此，在靜止狀態中或在安全臨界情形中(例如在故障時)可以將電池與車輛的牽引車載電網分離並且在行駛狀態中將電池接入到牽引車載電網中。電池的正極上的充電裝置具有以下任務在接入牽引電池時限制牽引車載電網中的補償電流。在這種接入過程中，首先閉合電池的負極8上的分離裝置7中的分離開關和電池4的正極上的充電與分離裝置3中的充電開關。首先打開電池4的正極4上的充電與分離裝置3中的分離開關。因此，通過電池的正極4上的充電與分離裝置3的充電電阻對逆變器16的平滑電容器進行充電。如果逆變器16中的平滑電容器上的電壓幾乎具有串聯的電池單元的總電壓，則電池的正極4上的充電與分離裝置3中的分離開關閉合。通過這種處理方式可以如此限制牽引車載電網中的補償電流，從而不會以不可靠大小的電流運行電池單元以及逆變器16中的平滑電容器。出於安全的原因，在電池的維護工作時，必須拔出服務插接件9。這例如可以通過如下方式確保僅當已經事先拔出服務插接件9時才可以打開電池殼體。由此可靠地單極地分離電池單元，即使由於功能故障沒有斷開以上所述的兩個分離開關。對於牽引電池對其可靠性提出了比現在常用的起動器電池明顯更高的要求。背景是例如在電動車輛中，牽引電池的失效會導致所謂的「拋錨」。在圖2中示出的牽引電池很難實現所需的高可用性。其原因在於單個電池單元的失效導致整個牽引電池的失效。可以如下求得具有單個電池單元的串聯電路的電池的失效率失效率牽引電池=1-(1-失效率電池單元)電池躲數量⑴對於具有100個在所觀察的時間間隔中具有IOOppm/電池單元的失效率的電池單元的牽引電池失效率牽引電池=I-(I-IOOppm)電池單元數量=9. 95%。(2)在所觀察的時間間隔中電池單元的失效率很小的情況下(例如，失效 < 1%ο )，近似地如下計算失效率(二項級數冪序列展開在第一環節後斷開)失效率牽■池 電池單元數量*失效率電解元(3)因此，所觀察的牽引電池的失效率接近於單個電池單元的失效率的100倍。對於整個電池的失效率所要求的值，必須使單個電池單元的失效率大約小100倍。如果對於具有100個串聯的電池單元的整個電池在一個確定的時間間隔上要求IOOppm的失效率，則所述電池單元在所述時間間隔上必須具有Ippm的失效率。這是極其難以滿足的要求。

發明內容
本發明的任務是提高混合動力車輛和電動車輛中的牽引電池的可靠性。在此，牽引電池仍可以向牽引車載電網提供有限的有效功率。相比之下，具有權利要求1的特徵的根據本發明的裝置具有以下優點牽引電池擴展一個、優選兩個附加的跨接開關，由此可以分別跨接一半電池單元。由此可以在第一電池單元失效時關斷相關的半個電池1、2。在此，電池的正極4和服務插接件(服務插接件連接端子)5的第一輸出端之間的電池單元串聯電路和電池的負極8和第二服務插接件連接端子6之間的電池單元串聯電路分別稱作半個電池1、2。在跨接半個電池時，具有一半有效功率的電池仍可供牽引車載電網使用。因此，可以避免拋錨，並且通過信號通知駕駛員在牽引電池中出現需要維修的故障。因此，本發明的優點是可以一直運行電池直到出現第一電池單元失效，而不危及電池的可用性。在電池單元失效時立即全部失效的驅動系統中，必須向駕駛員提供例如基於電池狀態識別和預測生成的電池更換顯示。但因為這種系統不可以準確地確定剩餘的使用壽命，所以必須過早地更換電池，並且還存在以下風險電池更換顯示未能事先識別到第一電池單元的失效。因此，藉助本發明一方面顯著地提高了牽引電池的可靠性。另一方面，也使牽引電池可以在車輛中更長時間地運行。從屬權利要求示出本發明的有利擴展構型。 特別有利地，根據本發明的電池包括與分離裝置並聯的充電裝置。在此情形中，在第一電池單元組失效時也確保了牽引車載電網中補償電流的限制。附加地或替代地，根據本發明的裝置還優選地具有第一檢測裝置和/或第二檢測裝置，所述第一檢測裝置檢測第一電池單元組的功能並且在第一電池組發生故障時通過充電與分離裝置斷開第一電池單元組的第一連接端子與第一電池極的連接並且通過第一跨接裝置閉合第一電池極與第一服務插接件連接端子的連接，所述第二檢測裝置檢測第二電池單元組的功能並且在第二電池組發生故障時通過分離裝置斷開第二電池單元組的第二連接端子與第二電池極的連接並且通過第二跨接裝置閉合第二電池極與第二服務插接件連接端子的連接。


以下參照附圖詳細描述本發明的實施例。附圖示出圖1 根據本發明的優選實施方式的電池、優選牽引電池的電路原理圖，圖2 根據現有技術的牽引電池的電路原理圖，圖3 用在混合動力車輛和電動車輛中的驅動系統的電路原理圖。
具體實施例方式以下參照附圖詳細描述本發明的實施例。根據本發明相對於現有技術顯著地提高了牽引電池的可靠性，因為單個電池的失效不會直接導致系統的失效(拋錨)。為此目的，根據本發明的優選實施方式，如圖1中所示，在(電池的正極4上和負極8上的)兩個跨接單元10、11中額外地引入兩個跨接開關。 在當前的現有技術中會導致兩個分離開關斷開的第一電池單元失效時，如下操作 正極上的半個電池中的電池單元失效斷開電池的正極4上的充電與分離裝置3的開關。由此單極地關斷上半個電池1。 在電池的負極8上的分離裝置7中斷開分離開關，並且在負極8上的充電裝置12中閉合充電開關。附加地，閉合電池的正極4上的跨接單元10中的跨接開關。由此跨接上半個電池 1。通過負極8上的充電裝置12的充電電阻將逆變器16中的平滑電容器充電或再次充電至下半個電池2的電池單元的總電壓。如果平滑電容器上的電壓近似地具有下半個電池2 的總電壓，則閉合電池的負極8上的分離裝置7中的分離開關。此後，在牽引電池的正極4 和負極8上有具有一半電壓和不變容量的電池可供使用。由此，電池的功率和能量相對於常規運行減半。 負極上的半個電池中的電池單元失效通過變換充電與分離裝置3 ;7、12、跨接裝置10、11和兩個半個電池1 ；2的角色來類似地實施上半個電池1中的電池單元失效時的處理方式。此後，在牽引電池的正極4和負極8上又有具有一半電壓和不變容量的電池可供使用。同樣，電池的功率和能量相對於常規運行減半。在應用本發明的情況下，在牽引電池的電池單元失效後仍可以通過一半功率和一半能量運行混合動力車輛或電動車輛的電驅動系統。由此，避免了由於單個電池單元的失效導致的拋錨。這具有以下優點更長時間地運行車輛中的電池，而不會以較高的概率在電池使用壽命結束時遭受拋錨的風險。根據本發明，充電與分離裝置3 ;7、12以及跨接裝置10、11中的不同開關實施為機電開關或實施為電開關或實施為機電開關和電開關的組合。除以上文字公開外，在此明確地參考附圖中的公開。
權利要求
1.電池，尤其是牽引電池，具有第一電池單元組(1)和第二電池單元組0)，其中，所述第一電池單元組(1)的第一連接端子通過充電與分離裝置(3)與第一電池極(4)連接，所述第一電池單元組(1)的第二連接端子與第一服務插接件連接端子( 連接，所述第二電池單元組O)的第一連接端子與第二服務插接件連接端子(6)連接，並且所述第二電池單元組( 的第二連接端子通過分離裝置(7)與第二電池極(8)連接，其中，所述第一服務插接件連接端子( 和所述第二服務插接件連接端子(6)可以通過外部的服務插接件(9)短接，其特徵在於，設有第一跨接裝置(10)，其連接在所述第一電池極(4)和所述第一服務插接件連接端子( 之間，通過所述第一跨接裝置可以使所述第一電池極(4)和所述第一服務插接件連接端子(5)短接，和/或設有第二跨接裝置(11)，其連接在所述第二電池極(8)和所述第二服務插接件連接端子(6)之間，通過所述第二跨接裝置可以使所述第二電池極(8)和所述第二服務插接件連接端子(6)短接。
2.根據權利要求1所述的電池，其特徵在於，設有充電裝置(12)，其與所述分離裝置 (7)並聯。
3.根據權利要求1或2所述的電池，其特徵在於，設有第一檢測裝置(13)，其檢測所述第一電池組(1)的功能，並且在所述第一電池組(1)發生故障時通過所述充電與分離裝置(3)斷開所述第一電池組(1)的所述第一連接端子與所述第一電池極的連接，並且通過所述第一跨接裝置(10)閉合所述第一電池極 (4)與所述第一服務插接件連接端子( 之間的連接，和/或設有第二檢測裝置(14)，其檢測所述第二電池組O)的功能，並且在所述第二電池組(2)發生故障時通過所述分離裝置(7)斷開所述第二電池組O)的所述第二連接端子與所述第二電池極⑶的連接，並且通過所述第二跨接裝置(11)閉合所述第二電池極⑶與所述第二服務插接件連接端子(6)之間的連接。
全文摘要
本發明涉及一種牽引電池，具有第一電池單元組(1)和第二電池單元組(2)，其中，所述第一電池單元組(1)的第一連接端子通過充電與分離裝置(3)與第一電池極(4)連接，所述第一電池單元組(1)的第二連接端子與第一服務插接件連接端子(5)連接，所述第二電池單元組(2)的第一連接端子與第二服務插接件連接端子(6)連接，並且所述第二電池單元組(2)的第二連接端子通過分離裝置(7)與第二電池極(8)連接，其中，所述第一服務插接件連接端子(5)和所述第二服務插接件連接端子(6)可以通過外部的服務插接件(9)短接。根據本發明，這樣的牽引電池具有第一跨接裝置(10)，其連接在所述第一電池極(4)和所述第一服務插接件連接端子(5)之間，並且通過所述第一跨接裝置可以使所述第一電池極(4)和所述第一服務插接件連接端子(5)短接；和/或設有第二跨接裝置(11)，其連接在所述第二電池極(8)和所述第二服務插接件連接端子(6)之間，並且通過所述第二跨接裝置可以使所述第二電池極(8)和所述第二服務插接件連接端子(6)短接。
文檔編號H01M10/0525GK102308416SQ200980156308
公開日2012年1月4日 申請日期2009年12月15日 優先權日2009年2月6日
發明者A·博施, H·芬克, S·格布勒 申請人:羅伯特·博世有限公司