蓄电池管理系统、蓄电池模块、蓄电池系统和机动车的制作方法
【专利摘要】描述了一种蓄电池管理系统(1)、一种蓄电池模块(30)、一种蓄电池系统(50)和一种机动车。为了能够安全地更换蓄电池模块(30)，设置了具有数据存储器(39)的蓄电池模块(30)和具有可与数据存储器(30)传输数据地连接的控制装置(2)和桥接开关(3、4)的蓄电池管理系统(1)，其中，该控制装置(2)借助于数据存储器(39)的数据闭合桥接开关(3、4)并且由此桥接蓄电池模块(30)。
【专利说明】蓄电池管理系统、蓄电池模块、蓄电池系统和机动车
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于具有至少一个蓄电池模块的蓄电池的蓄电池管理系统，其中，所述蓄电池管理系统具有至少一个用于桥接所述至少一个蓄电池模块的桥接开关和用于控制所述桥接开关的控制装置。此外，本发明涉及一种用于蓄电池的蓄电池模块，其具有至少一个蓄电池单元。再者，本发明涉及一种具有包含至少一个蓄电池模块的蓄电池和具有需求时桥接所述蓄电池模块的桥接开关的蓄电池管理系统的蓄电池系统。最后，本发明涉及一种具有蓄电池系统的机动车，其中，所述蓄电池系统与所述机动车的驱动系统相连接。
【背景技术】
[0002]所提到的种类的蓄电池管理系统和蓄电池模块以及蓄电池系统和机动车通常是已知的。例如，蓄电池管理系统用于监控和调节蓄电池的单个的蓄电池单元或者蓄电池模块。例如，蓄电池能够为至少部分地或者完全地电驱动的机动车提供驱动能量或者为诸如风力发电设备的静态的设备提供运行能量。此外，已知了为蓄电池管理系统设置桥接开关，以便桥接单个的蓄电池模块并且由此改变蓄电池的输出电压或者将故障的蓄电池模块从正常的蓄电池模块分离。
[0003]然而，如果通过正常的蓄电池模块来更换故障的蓄电池模块，那么这将需要关于蓄电池模块和蓄电池管理系统的工作方式的详细的专业知识。特别地，当一个模块应该通过新的结构型式的模块来更换时，倘若新的结构型式的蓄电池模块与之前的蓄电池模块或者蓄电池系统不兼容的话，换句话说则将导致蓄电池的运行的干扰。然而，倘若之前所使用的结构型式例如不再能够供使用或者倘若应该使用具有改善的蓄电池技术的蓄电池模块时，则使用其他种类的蓄电池模块是必须的。
【发明内容】
[0004]依据本发明提供了所提到的种类的蓄电池管理系统，所述蓄电池管理系统具有将蓄电池模块的数据存储器耦合至控制装置的数据接口，其中，可由所述控制装置根据通过数据接口提供的数据来闭合桥接开关。此外，依据本发明提供了所提到的种类的蓄电池模块，所述蓄电池模块具有非易失性的数据存储器，在所述非易失性的数据存储器上存储有所述蓄电池模块的制造数据和/或运行数据，其中，所述蓄电池模块设置有用于将所述数据存储器耦合至蓄电池管理系统的数据接口。此外，依据本发明提供了一种所提到的种类的蓄电池系统，其中，依据本发明地构造所述蓄电池模块和所述蓄电池系统的所述蓄电池管理系统。最后，依据本发明提供了一种所提到的种类的机动车，依据本发明地设置其与其驱动系统连接的蓄电池系统。
[0005]本发明的优点
[0006]如果现在通过其他的蓄电池模块来更换蓄电池模块，那么所述蓄电池管理系统能够借助于在所述其他的蓄电池模块中存储的数据识别所述其他的蓄电池模块与已经在所述蓄电池中使用的蓄电池模块是否兼容。如果所述其他的蓄电池模块不兼容，那么能够通过桥接开关来桥接其他的蓄电池模块并且由此避免所述蓄电池系统的故障功能。在新的模块具有例如更高的功率数据的情况下，所述蓄电池管理系统能够将所述模块在提供功率时优选地接通。
[0007]如果所述其他的蓄电池模块是用过的蓄电池模块，在其数据存储器中存储有所述蓄电池模块的之前的运行数据，那么所述蓄电池管理系统能够借助于所述运行数据决定:是否将所述蓄电池模块例如由于其老化还应该与所述已经现有的蓄电池模块一起使用。如果所述蓄电池模块太老了或者已经过高地要求了，那么所述蓄电池管理系统能够在所述运行期间完全地或者部分地桥接所述蓄电池模块。
[0008]本发明能够通过不同的、分别有利地、任意地相互组合的设计方案进一步优化。接下来将涉及该设计方案形式和与其相连的优点。
[0009]依据第一实施形式，所述数据接口能够被构造为将多个蓄电池模块的数据存储器耦合至所述控制装置。特别地，如果所述蓄电池具有多个蓄电池模块，那么所述蓄电池模块的每个蓄电池模块能够设置有数据存储器，其中，将经由相应的蓄电池模块的数据接口将所述数据存储器中的每个数据存储器的数据传导至所述控制装置。
[0010]所述蓄电池管理系统还能够具有多个桥接开关，所述桥接开关与所述控制装置传输控制信号地连接。特别地，所述蓄电池管理系统能够对于所述蓄电池的每个蓄电池模块具有一个桥接开关并且所述控制装置与所述桥接开关中的每个桥接开关传输控制信号地连接。
[0011]依据另一个有利的设计方案，所述蓄电池管理系统能够具有传感器装置，其具有至少一个检测所述蓄电池模块的运行参数的传感器，其中，所述传感器装置与所述数据接口和/或与所述控制装置传输数据地相连接。所检测的运行参数能够作为数据要么经由所述控制装置要么直接经由所述数据接口传导至所述蓄电池模块的所述数据存储器，从而使得所述蓄电池模块的所述运行参数的历史能够存储在其数据存储器之中。替代地或者附加地，所述运行数据也能够存储在设置在所述蓄电池管理系统中的数据存储器之中。此外，所述运行数据也能够在所述控制装置中使用，以便在所述蓄电池模块出现不允许的运行数据时通过所述桥接开关的闭合来桥接所述相应的蓄电池模块或者在所述运行期间基于所述运行数据将所述相应的蓄电池模块部分地桥接。
[0012]为了能够更换所述蓄电池模块中的一个蓄电池模块，所述数据接口能够被构造为可从所述蓄电池模块反复地松开并且可与所述蓄电池模块反复地连接。例如，所述蓄电池管理系统的所述数据接口能够具有插头并且所述蓄电池模块的所述数据接口能够具有配套连接器，其中，插头和配套连接器在组装状态下能够将所述蓄电池模块和所述蓄电池管理系统传输数据地相互连接。所述桥接开关也能够被设置为反复地从所述蓄电池模块松开并且可与所述蓄电池模块反复地连接，从而能够更换所述蓄电池模块。
[0013]替代地，所述桥接开关能够设置在所述蓄电池之中并且将所述桥接开关与所述控制装置传输控制信号地连接的控制导线被构造为可反复地从所述桥接开关松开并且可反复地与所述桥接开关连接。能够将插拔连接用于反复地可松开或者可连接的连接。
[0014]替代或者附加于所述蓄电池管理系统的所述传感器装置，所述蓄电池模块或者所述蓄电池能够包含具有至少一个检测所述蓄电池模块的运行参数的传感器的传感器装置，其中，所述传感器装置与所述蓄电池模块的所述数据存储器和/或与其数据接口传输数据地连接。由此，所述作为数据提供的运行参数能够存储在所述蓄电池模块的所述数据存储器之中和/或经由所述数据存储器或者直接经由所述数据接口输出至所述控制装置。
[0015]所述蓄电池模块和所述蓄电池管理系统能够共同为蓄电池系统的一部分，其中，所述蓄电池模块和所述蓄电池管理系统被构造为能够相对于其他的蓄电池模块更换所述蓄电池模块。例如，在所述蓄电池模块和所述蓄电池管理系统之间的电连接能够被构造为插拔连接。也能够将在所述蓄电池模块和所述蓄电池管理系统之间的机械连接形成为能够反复地可松开的。
[0016]为了防止以所述蓄电池管理系统驱动不兼容的蓄电池模块，所述蓄电池管理系统能够被构造为自动地桥接与所述蓄电池管理系统连接的但是与所述蓄电池系统即例如与所述蓄电池系统的其他的蓄电池模块不兼容的蓄电池模块。所述蓄电池管理系统能够在以下情况下，即桥接所述蓄电池模块中的一个蓄电池模块时将表示其桥接状态的信号输出至所述蓄电池系统的用户或者管理者的信息。
[0017]所述蓄电池模块能够具有至少一个以锂技术实现的蓄电池单元，并且优选地具有至少一个锂离子蓄电池单元，并且所述蓄电池管理系统能够被构造为用于监控和/或控制这样的蓄电池单元。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]接下来，例如借助于实施例参照附图来阐述本发明。在此，如其在具体的有利的设计方案中已经陈述的那样，该些实施例的不同的特征能够独立地相互组合。其中:
[0019]图1示出了依据本发明所述的蓄电池管理系统的一个实施例的示意图；
[0020]图2示出了依据本发明所述的蓄电池模块的一个实施例的示意图；
[0021]图3示出了依据本发明所述的蓄电池模块的另一个实施例的示意图；
[0022]图4示出了依据本发明所述的蓄电池系统的一个实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0023]首先，将参照图1的实施例来描述依据本发明所述的蓄电池管理系统的构造和功倉泛。
[0024]图1示出了具有控制装置2和两个桥接开关3、4的蓄电池管理系统I。此外，示出的蓄电池管理系统I装备有数据接口 5和传感器装置6。
[0025]控制装置2经由各自的控制导线7、8与桥接开关3、4传输控制信号地连接，其中，桥接开关3、4根据控制信号断开或者闭合以及是断开的或者闭合的。桥接开关能够被构造为半导体开关并且接通直至60安培或者更大的电流和几百伏特的电压。
[0026]此外，控制装置2经由数据导线9、10、11与数据接口 5传输数据地连接。传感器装置6经由数据导线12直接与数据接口 5或者经由数据导线13与控制装置2连接并且替代地经由数据导线9、10、11与数据接口 5传输数据地连接。
[0027]在桥接开关3、4的闭合即导通状态下，桥接开关3将两个连接元件14、15相互连接起来并且桥接开关4将两个连接元件16、17相互连接起来。连接元件14、15、16、17能够分别被构造为插座，它们能够反复地与配套连接器连接并且优选地能够在直至600伏特或者更大时传导50安培或者更大的高电流。[0028]数据接口 5的连接元件18、19、20、21同样能够被构造为插头或者插头的插头接点，它们能够反复地与配套连接器或者与配套连接器接点连接并且能够传导数据，例如数字的数据。
[0029]蓄电池管理系统I能够具有另一数量的桥接开关3、4，并且例如具有一个或者三个、四个或者直至十个或者20个或者更多个桥接开关3、4。特别地，蓄电池管理系统I的桥接开关3、4的数量能够相应于蓄电池模块的数量，该些蓄电池模块应该与蓄电池管理系统I相连接。蓄电池管理系统I也能够具有多于一个数据接口 5和/或该数据接口 5能够具有多于或者少于所示出的四个用于数据传输的连接元件18、19、20、21。在此，数据接口 5或者连接元件18、19、20、21的数量能够相应于应该与该蓄电池管理系统I数据技术地通信的蓄电池模块的数量。
[0030]图2示出了本发明的另一实施例，其中，对于在功能和/或构造上与之前的图1的实施例的元件相对应的元件，使用了相同的附图标记。为了简洁期间仅涉及与之前的附图的实施例的区别。
[0031]图2示出了依据本发明所述的、例如具有三个蓄电池单元31、32、33蓄电池模块
30、依据图2的实施例，该三个蓄电池单元31、32、33相互串联连接。不言而喻地，该蓄电池模块30根据所需要的蓄电池功率的不同也能够具有多于或者少于三个蓄电池单元31、32、33，其中，可选地，蓄电池单元31、32、33中的所有的或者也能够将所选择出的蓄电池单元
31、32、33相互串联和/或并联连接。蓄电池模块30的连接元件34、35与蓄电池单元31、
32、33串联连接地示出并且被构造为将蓄电池模块30与另外的蓄电池模块30、与负载或者电能的源和/或分别与桥接开关3、4的连接元件14、15、16、17中的一个连接元件相连接。
[0032]借助于开关36能够中断蓄电池单元31、32、33至连接元件34、35中的一个连接元件并且尤其是至连接元件34的电连接，从而使得电能不再能够通过连接元件34、35流出或者流入蓄电池单元31、32、33。开关36也能够被构造为半导体开关。替代将开关36设置在蓄电池模块30中，开关36也能够被设置在蓄电池模块30之外并且例如设置在蓄电池管理系统I之中或者在包括该蓄电池模块30的蓄电池之中。
[0033]蓄电池模块30设置有数据存储器39，其能够被构造为非易失性的可写的数据存储器，例如为EEPR0M。在该数据存储器39之中，能够存储有该蓄电池模块30的生产数据或者制造数据或者该蓄电池模块30的其他的规格数据。此外，蓄电池模块30的运行数据能够存储在该数据存储器39之中。该运行数据能够包括迄今为止经历过的充电或者放电周期的数量，特别是蓄电池模块30的运行状态或者其他的运行数据。再者，在该数据存储器39中能够存储有蓄电池模块30的测量数据。该些测量数据例如能够包括蓄电池模块30的温度或者温度走向或者电气的负荷或者负荷走向。为了获取这些测量数据，能够将该蓄电池模块30构造为具有传感器装置40，该传感器装置能够通过传感器或者数据导线41与数据存储器39传输传感器数据地连接。
[0034]为了能够将数据存储器39的数据输出至蓄电池管理系统I，将蓄电池模块30设置为具有数据接口 42，该数据接口 42经由数据导线43与数据存储器39传输数据地连接。数据接口 42能够被构造为与蓄电池管理系统I的数据接口 5反复地可连接并且从其反复地可分离。例如，数据接口 42被构造为数据接口 5的配套连接器，该数据接口 5被构造为插头，其中，该抽头和配套连接器被构造为是可反复地组装和分离的。[0035]图3示出了本发明的另一个实施例，其中，对于在功能和/或构建方面与之前的图1和图2的实施例的元件相对应的元件，将使用相同的附图标记。为了简明起见，仅涉及与之前的附图的实施例的区别。
[0036]图3示出了图2的蓄电池模块30的变型。在图3中，示例性地以仅仅两个蓄电池单元31、32来示出该蓄电池模块30。不言自明地，蓄电池模块30也能够具有多于两个蓄电池单元31、32，其能够根据布置的不同相互并联或者串联。
[0037]桥接开关3、4中的一个桥接开关和桥接开关3例如被示出为半导体开关元件3’。开关36也被示出为半导体开关元件36’。其中，半导体开关元件3’、36’被如此地构造并且与蓄电池单元31、32连接，从而使得该些半导体开关元件能够使得电流导通流过蓄电池单元31、32或者从该蓄电池单元处绕过。例如，半导体开关元件3’、36’与半桥电路并联连接并且与控制装置2传输控制信号地连接。
[0038]至少桥接开关3能够经由控制导线7与控制装置2传输控制数据地连接，尽管桥接开关3不是蓄电池管理系统I的一部分而是蓄电池的一部分。桥接开关3和/或开关36能够是蓄电池管理系统I或者包括蓄电池模块30的蓄电池的一部分。
[0039]图4示出了本发明的又一个实施例，其中，对于在功能和/或构建方面与之前的图1和图2的实施例的元件相对应的元件，将使用相同的附图标记。为了简明起见，仅涉及与之前的附图的实施例的区别。
[0040]图4示意性地示出了依据本发明所述的、具有蓄电池管理系统I和具有包含两个蓄电池模块30的蓄电池51的蓄电池系统50的一个实施例。不言而喻地，蓄电池51也能够具有多于两个蓄电池模块30并且蓄电池模块30中的每个蓄电池模块能够具有多于所示出的三个蓄电池单元31、32、33。
[0041]该蓄电池管理系统I相应于在图1中所示出的蓄电池管理系统I并且蓄电池51的蓄电池模块30中的每个蓄电池模块相应于在图2中所示出的蓄电池模块30。然而，蓄电池51的蓄电池模块30中的至少一个蓄电池模块或者蓄电池51的另一个蓄电池模块30也能够被另外地构造并且尤其是没有数据存储器39地构造。
[0042]蓄电池管理系统I经由若干的导线与蓄电池51传输电流或者数据地连接。特别地，桥接开关3、4的连接元件14、15、16、17分别经由电流导线52、53、54、55与连接元件37、38、39、40中的一个连接元件导电地连接。其中，电流导线52、53、54、55如此地设置尺寸，从而使得它们能够容易地传导由一个或者多个蓄电池模块30所释放的或者吸收的蓄电池电流。电流导线52、53、54、55能够在其端上设置插接耦合，其能够与连接元件14、15、16、17和/或连接元件37、38、39、40反复地组装和反复地从这些连接元件分离。替代地，该连接元件14、15、16、17能够直接地与连接元件37、38、39、40反复地可分离地组装。
[0043]蓄电池模块30的数据接口 42经由数据导线56与蓄电池管理系统I的数据接口 5传输数据地连接。为了简化起见，数据导线56仅示出了导线的一半。不言而喻地，数据接口 42的每个数据接口能够经由单独的数据导线56与数据接口 5可连接或者连接。数据导线56也能够在其端上设置插接耦合，以便与数据接口 42和与数据接口 5或者与数据接口5的连接元件18、19、20、21中的一个连接元件组装和可分离。
[0044]在图4的实施例中，蓄电池管理系统I的传感器装置6经由数据导线12直接与数据接口 5连接。如在图1的实施例中已经示出的那样，传感器装置6能够附加地或者替代地经由虚线地示出的数据导线13与控制装置2连接并且从那起例如经由数据导线11与数据接口 5的连接元件20连接。数据接口 5的连接接口 20经由同样虚线的数据导线57与数据接口 42中的一个数据接口连接地示出。
[0045]电流导线58将两个蓄电池模块30的连接元件34、35导电地相互连接，从而使得蓄电池模块30中的至少一个蓄电池模块的电流能够流至另一个蓄电池模块30。在图4的实施例中，蓄电池模块30也相互串联连接。替代地，两个蓄电池模块30也能够相互并联连接并且能够设置另外的蓄电池模块30，该另外的蓄电池模块能够与现有的蓄电池模块30串联或者并联连接。
[0046]蓄电池51设置有用于连接负载或者蓄电池能量源的连接接点59、60。
[0047]用于将蓄电池模块30连接至桥接开关3、4中的一个桥接开关的连接元件37、38与蓄电池模块30并联连接。如桥接开关3、4的连接元件14、15、16、17那样，连接元件37、38能够被构造为与连接元件14、15、16、17可反复地连接和分离的插头元件或者插头元件的插头接点并且被构造为蓄电池51的一部分。
[0048]在图4所示出的状态下，蓄电池系统50未运行，因为所有的开关3、4、36均断开了。如果现在开关36闭合，那么蓄电池电流能够在蓄电池51的连接接点59、60之间流动。例如，蓄电池电流能够导通至借助于蓄电池能量来待供电的电负载。替代地，能够经由接点59,60将电能引入至蓄电池单元31、32、33，以便为其充电。
[0049]如果要更换蓄电池模块30中的一个蓄电池模块，那么将断开开关36，从而中断至该蓄电池模块30或者从该蓄电池模块30出发的电流。闭合开关3、4中的一个开关，从而进一步实现连接接点59、60之间的电流。蓄电池模块30能够简单地从蓄电池51中拿出来并且通过其他的蓄电池模块30来代替。
【权利要求】
1.一种用于蓄电池(51)的蓄电池管理系统(I)，所述蓄电池具有至少一个蓄电池模块(30)，其中，所述蓄电池管理系统(I)具有至少一个用于桥接所述至少一个蓄电池模块(30)的桥接开关(3、4)和用于控制所述桥接开关(3、4)的控制装置(2)，其特征在于数据接口(5)，所述数据接口用于将所述蓄电池模块(30)的数据存储器(39)耦合至所述控制装置(2)，其中，能够根据由所述数据接口(5)所提供的数据通过所述控制装置(2)来闭合所述桥接开关(3、4)。
2.根据权利要求1所述的蓄电池管理系统(I)，其特征在于，所述数据接口(5)被构造为将多个蓄电池模块(30)的数据存储器(39)耦合至所述控制装置(2)并且所述控制装置(2)与多个桥接开关(3、4)传输控制信号地连接。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电池管理系统(I)，其特征在于传感器装置(6)，其具有检测所述蓄电池模块(30)的至少一个运行参数的传感器，其中，所述传感器装置(6)与所述数据接口(5)传输数据地连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电池管理系统(I)，其特征在于，所述数据接口(5)和所述桥接开关(3、4)被构造为能够反复地与所述蓄电池模块(30)松开并且能够反复地与所述蓄电池模块(30)连接。
5.一种用于蓄电池(51)的蓄电池模块(30)，其具有至少一个蓄电池单元(31、32、33)，其特征在于非易失性的数据存储器(39)，在所述数据存储器上存储有所述蓄电池模块(30)的制造数据和/或运行数据，其中，所述蓄电池模块(30)设置有数据接口(42)，所述数据接口用于将所述数据存储器(30)耦合至蓄电池管理系统(I)。
6.根据权利要求5所述的蓄电池模块(30)，其特征在于传感器装置(40)，其具有至少一个检测所述蓄电池模块(30)的运行参数的传感器，其中，所述传感器装置(40)与所述数据存储器(39)传输数据地连接。
7.一种蓄电池系统(50)，其具有包含至少一个蓄电池模块(30)的蓄电池(51)和蓄电池管理系统(I)，所述蓄电池管理系统包含在需要时桥接所述蓄电池模块(30)的桥接开关(3、4)，其特征在于，所述蓄电池模块(30)被根据权利要求5或6来构造并且所述蓄电池管理系统(I)被根据权利要求1至4中任一项来构造。
8.根据权利要求7所述的蓄电池系统(50)，其特征在于，所述至少一个蓄电池模块(30)和所述蓄电池管理系统(I)被构造为能够相对于其他的蓄电池模块(30)反复地更换所述蓄电池模块(30)。
9.根据权利要求8所述的蓄电池系统(50)，其特征在于，所述蓄电池管理系统(I)被构造为自动地桥接与所述蓄电池系统连接的、但是与所述蓄电池系统(50)不兼容的蓄电池模块(30)。
10.一种机动车，其具有蓄电池系统(50)，其中，所述蓄电池系统(50)与所述机动车的驱动系统相连接，其特征在于，所述蓄电池系统(50)是根据权利要求7至9中任一项所述的蓄电池系统(50)。
【文档编号】H02J7/00GK103580107SQ201310343748
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2012年8月8日
【发明者】H－J·沃尔夫 申请人:罗伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式会社