[发明专利]蓄电池模块以及用于监控蓄电池模块的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓄电池模块，该蓄电池模块具有带有多个蓄电池单池的蓄电池单池电路和用于监控蓄电池模块的功能状态的监控和控制单元。本发明还涉及一种用于借助于在蓄电池模块中安置的监控和控制单池监控蓄电池模块的方法。此外，本发明还涉及一种蓄电池系统，该蓄电池系统包括蓄电池和蓄电池管理系统，该蓄电池具有至少一个蓄电池组，在该蓄电池组中安置多个蓄电池模块。

背景技术

通常，将应用在混合动力和电动车辆中的蓄电池通常称为牵引用蓄电池，因为这些蓄电池用于电气驱动装置的供电。为了实现在混合动力和电动车辆中需要的功率数和能量数，将各个蓄电池单池串联并且部分附加地并联连接。在电动车辆中经常串联连接10个或更多单池并且这些蓄电池具有直至450V的电压。而且在混合动力车辆中通常超过60V的电压阈值，该电压在通过人的接触中被分级为不危急的。在图1中示出了具有一个这样的牵引用蓄电池20的蓄电池系统的原理电路图。蓄电池20包括多个蓄电池单池21。为了简化在图1中的图示仅仅两个蓄电池单池设有附图标记21。混合动力和电动车辆中的牵引用蓄电池通常模块化地构成。在此由至少两个单个的相互串联或并联连接的蓄电池单池21形成蓄电池模块（在图1中未示出）。

蓄电池20由两个蓄电池单池电路22、23构成，它们分别包括多个串联连接的蓄电池单池21。这些蓄电池单池电路22、23或单池模块分别与蓄电池端子24、25和与充电用插头30的连接端连接。

正蓄电池端子24经由分离和充电装置40与蓄电池20可连接，该分离和充电装置40包括分离开关41，该分离开关41与由充电开关42和充电电阻43组成的串联电路并联连接。负蓄电池端子25经由分离装置50与蓄电池20是可连接的，该分离装置50包括另一分离开关51。

此外图2示出了图60，其中非常示意地示出锂离子蓄电池的不同的故障机制61及其后果62。该示出的故障机制61能够导致蓄电池单池的由不允许的温度升高63引起的热击穿64。在出现热击穿64的情况下能够基于气体65的排放——该排放能够例如在打开安全阀的情况下作为提高的蓄电池单池内压的结果出现——导致蓄电池单池的火灾66或者在极端情况下设置导致蓄电池单池21的破裂67。因此必须在蓄电池单池21在牵引用蓄电池中的应用的情况下以最大接近1的概率排除热击穿64的出现。

热击穿64能够在蓄电池单池的过充时作为在紧接着的充电过程期间的蓄电池单池的深度放电的结果或者在存在蓄电池单池的不允许的高充电和放电电流——它们能够例如对于外部短路90而产生——的情况下出现。此外热击穿64能够在存在蓄电池单池内部短路100的情况下出现，该短路能够例如作为在事故101期间的极大的机械力作用的结果或者作为蓄电池单池内部树状晶102的形成的结果产生，该树状晶能够例如在低温下存在过高充电电流的情况下产生。此外热击穿64也能够作为蓄电池单池内部短路的结果出现，该内部短路能够通过在制造时产生的蓄电池单池污染、尤其是通过在蓄电池单池中存在的金属异物颗粒103引起。而且热击穿64能够在存在蓄电池单池的不允许的发热——其例如能够作为车辆火灾的结果产生——的情况下或者在存在蓄电池单池120的过载的情况下出现。

在图3中示出了由现有技术已知的蓄电池系统的原理电路图，该蓄电池系统包括具有多个蓄电池单池21的牵引用蓄电池20以及蓄电池管理系统（BMS）。该蓄电池管理系统的电子装置具有分散架构，其中将由蓄电池单池21的单池监控电子装置（CSC电子装置）构成的监控和控制单元130设计为卫星，其分别设置用于监控一个或者多个蓄电池单池21的功能状态并且经由内部总线系统141与中央蓄电池控制装置（BCU）140通信。

蓄电池管理系统的电子装置、尤其是蓄电池单池21的监控电子装置是需要的，以便保护临界的在图2中示出的状态的蓄电池单池21，这能够导致热击穿。在蓄电池管理系统的电子装置中运行高消耗，以便一方面保护蓄电池单池21免于由于外部原因例如由于在电子驱动装置的逆变器中的短路的过载，另一方面避免由于蓄电池管理系统的电子装置的故障、例如由于蓄电池单池电压通过监控和控制单元130的错误的检测危害蓄电池单池21。

如同在图1中示出的蓄电池系统中那样，在图3中示出的蓄电池系统中牵引用蓄电池经由分离和充电装置40与正蓄电池端子24是可连接的并且经由分离装置50与负蓄电池端子25是可连接的。在此为了表示相同或相似的构件对于在图1和3中示出的蓄电池系统分别使用相同的附图标记。