[发明专利]用于能量存储单元的监视系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于监视存储电能的能量存储单元（具体是电化学能量存储单元或者包括至少一个电容器的能量存储单元）的状态的监视系统。

本发明还涉及具有多个能量存储单元（cell）的电池系统以及用于控制和监视能量存储单元的中央电池控制系统。

背景技术

传统的电池系统通常被细分为多个模块。每个模块包括用于其部分的多个单元。电池系统可以例如包括6个模块，每个模块具有10个单元。例如，通常在用于其中对能量存在高需求的混合或者电动车辆的驱动系统的电池的情况下，使用被细分为多个模块的电池系统。

每个传统模块包括在下文中被称为“CSC”的所谓的“单元监管电路”，其目的是监视模块的各个单元的电压，以便补偿整个系统的单元之间的电压的任何差异（平衡）和执行与安全有关的其它功能，例如，监视温度。

各个模块的CSC通常通过具有用于控制和监视能量单元的电池控制系统的数据总线来通信。该电池控制系统常常被称为“电池管理元件（unit）”。在以下的解释中，电池控制系统或者电池管理元件被简称为BMU。在BMU上运行电池系统的控制软件。BMU传统地具有多个任务。对于本发明而言，这些任务中最重要的是：

a)BMU决定哪些单元要被平衡以及多长时间，换言之，哪些单元要放电（被动平衡）或者同样地，哪些单元要充电（主动平衡）。

b)基于由CSC传送给BMU的数据，控制软件决定系统是否在安全的状况下或者是否需要采取动作。该数据包括例如模块的温度和所有单元的电压。

然而，目前正在使用的CSC具有如下文中详述的一系列缺点。

电池系统包括多个单元。例如，单元的数目可以容易地为总共400个或者更多，其中需要监视每个单独单元的每一个的电压。如果并联连接X个单元，则只需要监视每X个单元，但是这需要电压采样电缆。然而，如果薄电压采样导体中的仅仅一个断裂，则系统一定不能操作。

在12个单元的情况下，在CSC上将电压采样导体集中到一起的位置处，连接器中的引脚之间的电压可能例如达到每个模块50V。冷凝水和污染可能使得在CSC中的该位置处出现漏电流和腐蚀。

电压采样导体和CSC中的短路是在传统系统中极其难以克服的故障的来源。难以使用传统的保护措施来保护大量的电压采样导体。短路可能由以下因素造成：a)机械磨损或者破损;b)外来物；c)在组装过程期间或者在维护工作期间不注意;以及d)在存在冷却液泄露时的随后的故障。例如，作为冷却液电解的结果，在邻近的承载电压的导体上可能沉积导电物质，并且这种沉积物可以形成短路桥。

将电压传导到地的许多部件也增加了接地故障的概率和对电池系统进行工作的人员的电击风险。

此外，需要部分地修改CSC以便适合于新的电池系统和开发新的CSC。

另外，在锂离子电池的情况下，极其难以检测过载的阳极上的锂沉积物（锂枝状结晶（dendrite））。在最坏情况的场景中，锂枝状结晶可能导致对于分隔膜的损害并且作为进一步的结果而导致单元中的内部短路。

发明内容

因此，本发明的目的是增加电池系统的安全性，并且同时使与材料和组装工艺有关的成本最小化，而不会对监视功能产生不利影响。

根据本发明，通过在能量存储单元中布置用于监视能量存储单元的状态的集成电子装置的事实，利用在介绍中提到的类型的监视系统来实现该目的，其中集成电子装置具有用于与布置在能量存储单元外部的电池控制系统进行优选为无线的数据交换的传送/接收元件，或者所述集成电子装置被连接到用于与布置在能量存储单元外部的电池控制系统进行优选为无线的数据交换的传送/接收元件。

根据本发明的解决方案使得一方面可以提高对人员的保护，另一方面可以更精确地确定各个单元的化学状态。集成电子装置与电池控制系统之间的无线通信使得可以以特别安全和简单的方式来传送数据。

作为对在集成电子装置和电池控制系统之间使用无线数据传输的替换，可以从电数据总线或者从可在其上调制信号的主电力电缆提供集成电子装置和电池控制系统之间的数据传输路径。

特征在于对电磁损坏的相对低水平的敏感性的本发明的另一实施例提供了：通过光学传输路径，具体是通过具有或者不具有电绝缘光纤光缆的红外传输路径，将集成电子装置连接到电池控制系统。

根据特征在于以特别可靠的方式检测能量单元的状态的本发明的一个变型，可以提供：集成电子装置包括传感器或者被连接到传感器，所述传感器被布置在能量存储单元中以便检测能量存储单元的温度和/或充电状态和/或化学分解产物。