[发明专利]蓄电池和用于监测蓄电池的方法以及具有蓄电池的蓄电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓄电池和用于监测蓄电池的方法以及具有蓄电池的蓄电池系统。本发明还涉及一种运输工具，特别是汽车，如具有蓄电池或蓄电池系统的电动汽车或混合动力汽车。

背景技术

可以预见的是，无论是在例如风力发电设备这种固定应用方面，还是在例如电动汽车(electric vehicles，EV)或混合动力汽车(hybrid electric vehicles，HEV)这种移动应用方面，作为可反复充电的蓄能器，例如采用锂离子电池或镍金属氢化物电池的新的蓄电池系统的应用日益增长。

蓄电池系统在可利用的蓄能(能含量)、充电/放电效率、可靠性、使用寿命和通过频繁的部分放电(记忆效应Memory Effekt)造成的不希望的容量损失方面必须满足非常高的要求。

蓄电池系统包括大量的蓄电池单池。根据其单池内部电阻和进行的电化学过程，蓄电池单池在充电和放电期间温度上升。蓄电池单池可以串联(Serie)，以便提高电压和/或并联，以便提高最大电流。在此方面，蓄电池单池可以合并成蓄电池单元或蓄电池模块。在用于驱动运输工具方面，例如可以串联或并联约100个蓄电池单池(作为牵引蓄电池)。在高压蓄电池系统中，总电压由此例如可以为450V或甚至600V。

蓄电池单池运行允许的温度范围典型地处于-30℃到+70℃之间，最好在+5℃到+35℃之间。在工作温度的下部范围内，蓄电池单池的功率明显下降。在温度低于约0℃时，蓄电池单池的内部电阻剧烈上升，而且蓄电池单池的功率和效率随着温度的进一步降低连续下降。与此同时，还会出现蓄电池单池不可逆的损坏。在超过工作温度的情况下，蓄电池单池的功率也会明显下降。当温度超过约40℃时，蓄电池单池的使用寿命降低。与此同时，同样会出现蓄电池单池不可逆的损坏。此外，蓄电池单池内和/或蓄电池模块或蓄电池内部的蓄电池单池的运行允许的温差(温度梯度)典型地处于5开尔文到10开尔文之间。在更大的温差情况下，蓄电池单池的不同区域或蓄电池模块或蓄电池的不同蓄电池单池会承受不同的负载或甚至(局部)过载和/或损坏。此外，由于温差和/或温度变化存在蓄电池内形成冷凝水的危险。损坏会导致蓄电池单池的加速老化或蓄电池单池的热失控(Thermal Runaway)，对人身和环境构成威胁。

在运输工具的混合驱动系中，锂离子大功率蓄电池单池以非常高的动力运行。在例如通过回收制动时的制动能量或加速时的增压支持产生的短时间的峰值负载期间，蓄电池单池必须在非常短的时间内吸收(充电时)或输出(放电时)高功率。由于蓄电池单池的内部电阻，这种短时间的峰值负载导致蓄电池单池明显受热。充电时或放电时蓄电池单池的效率非常高(约95％)；但与此同时产生的废热不能忽视。在例如60KW的牵引功率时，5％的损耗产生3KW的损耗功率。此外，例如在夏季或室外温度可以达到40℃和更高的热带地区，会超出允许的温度范围，从而蓄电池单池没有冷却的情况下，使用寿命达不到例如十年。

为保证蓄电池系统的安全性、功能和使用寿命，因此要求蓄电池单池在预先规定的温度范围内运行。一方面如上所述，蓄电池单池的运行期间产生的热必须排出，以避免蓄电池单池的受热超过临界的最大温度。另一方面，要求蓄电池单池在低温下可以加热到最低温度。对蓄电池系统进行监测，以遵守预先规定的温度范围和/或识别干扰。

为借助温度管理系统进行监测，蓄电池单池的温度借助温度传感器，例如热敏电阻传感器(负温度系数热敏电阻传感器(Negative Temperature Coefficient)(NTC)热敏电阻、NTC传感器、具有负温度系数的电阻、NTC电阻)、正温度系数热敏电阻传感器(Positive Temperature Coefficient(PTC)热敏电阻、PTC传感器、具有正温度系数的电阻、PTC电阻)或红外传感器(Infiared Sensors，IR-Sensoren)进行测量。温度传感器例如可以固定在蓄电池单池、蓄电池单池的电接线或上或将接线相互连接的单池连接器上。

DE 10 2010 062 207 A1介绍了一种具有温度传感器单元的装置，用于检测电化学蓄能器的温度，特别是在汽车上使用。蓄能器包括一个或更多个储存单元，这些储存单元具有各自两个用于其电触点接通的接线端子，通过接线元件电触点接通。为检测与储存单元的内部温度相应的温度，温度传感器单元的各自温度传感器设置在蓄能器的至少一个储存单元的接线端子上。

为改进蓄电池系统，例如锂离子蓄电池系统的安全性、功能和使用寿命，因此要求改进对蓄电池系统的监测。

发明内容