用于将蓄电池转变到放电的状态的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于将蓄电池转变到放电的状态的方法、蓄电池系统、变换器、用于产生交流电压的系统、充电电流源和机动车。蓄电池系统还包括可控制的变换器，其具有带有串联连接的通过变换器的外部的控制可切换的功率开关的至少并联的电流分路、以及包括可控制的充电和分离装置，其具有带有在蓄电池与变换器之间的充电电流源的中断的电流通路。方法包括：测量蓄电池系统的绝缘电阻值；确定所测量的绝缘电阻值不低于最小电阻值；在时间上在确定之后控制变换器，以接通在并联的电流分路中的至少一个中的功率开关，以同时接通在至少一个电流分路中的功率开关；以及在时间上在控制变换器之后控制充电和分离装置，以通过闭合电流通路来闭合电流回路。
【专利说明】用于将蓄电池转变到放电的状态的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于将蓄电池特别是锂离子蓄电池转变到放电的状态的方法。此外，本发明涉及一种用于蓄电池系统的蓄电池管理系统、变换器、用于产生交流电压的系统和充电电流源。此外，本发明涉及一种机动车。
【背景技术】
[0002]用于产生交流电压的大功率蓄电池系统经常包括基于锂离子技术的蓄电池和具有在并联的电流分路上串联设置的功率开关的也称为变换器的逆变器。如果这样的蓄电池系统的变换器包括三个或更多并联的电流通路，那么该蓄电池系统能够直接被构造为给用于驱动混合动力和电动车辆的、适用于扭矩产生的机器供电。这样的蓄电池系统也称为牵引用蓄电池系统或缩写为牵引蓄电池。
[0003]为了达到在混合动力和电动车辆中和在其他的基于交流电压的应用中需要的功率和能量数据，蓄电池具有可达450伏特的电压。为此，在牵引蓄电池中将各个蓄电池单元串联并且部分附加地并联连接。
[0004]因此，在大功率蓄电池中通常超过60伏特的电压边界，其对于通过人员的触碰被分级为不危险的。
[0005]在图1中示出根据现有技术的蓄电池系统的原理图。除了蓄电池单元140之外蓄电池系统还具有一个所谓的充电和分离装置130，其在图1中设置在蓄电池的正极100与蓄电池单元140之间。通过断路开关120和断路开关125能够将蓄电池单元的正极与蓄电池的正极电隔离。通过断路开关120也能够将蓄电池单元的正极低阻地亦即具有小的电阻地与蓄电池的正极电连接。在打开的断路开关120的情况下蓄电池单元的正极也能够通过断路开关125经由充电电流源110与蓄电池的正极电连接。作为可选择的功能单元在图1中示出了另一分离装置170，通过所述分离装置蓄电池如果需要能够经由第二断路开关150双极地与蓄电池160的负极分离。
[0006]在图2中示出了根据现有技术的电驱动系统的原理图，如例如在电动和混合动力车辆中采用的那样。电动机200—其例如构造为异步电机一通过变换器或脉冲逆变器210供电。
[0007]在现在已知的蓄电池系统中通常的是，蓄电池在识别到重要的状态时例如事故——其中监管系统被释放一一与车辆的牵引车辆电路隔离。一旦通过第二分离装置的存在是可能的，那么在此实现变换器的双极的隔离。
[0008]文献W0002009011749A1公开了一种用于在蓄能系统中抑制热事件的扩展的方法，所述蓄能系统具有多个蓄电池单元。所述方法包括在蓄能系统中或在多个蓄电池单元中识别热源的步骤、检测蓄能系统的确定的预定的状态的是否存在的步骤以及如果上述的状态之一被检测到执行前面确定的行动的步骤。
【发明内容】
[0009]依据本发明提出了一种用于对由蓄电池系统包括的蓄电池放电的方法。在此，所述蓄电池系统还包括可控制的变换器，其具有带有串联连接的通过所述变换器的外部的控制可切换的功率开关的并联的电流分路、以及包括可控制的充电和分离装置，其具有带有在所述蓄电池与所述变换器之间的充电电流源的中断的电流通路。
[0010]所提出的方法的特征在于以下步骤:
[0011].测量所述蓄电池系统的绝缘电阻值；
[0012].确定所测量的绝缘电阻值不低于最小电阻值；
[0013].在时间上在所述确定之后控制所述变换器，以接通在所述并联的电流分路中的至少一个电流分路中的所述功率开关，以同时接通在所述至少一个电流分路中的所述功率开关；以及
[0014].在时间上在控制所述变换器之后控制所述充电和分离装置，以通过闭合所述电流通路来闭合电流回路。
[0015]如果在变换器的至少一个分路中所有串联连接的功率开关被接通，那么能够通过充电电流源受控地在变换器的输出端上没有功率地建立蓄电池的能源。在事故之后时间延迟地由蓄电池系统或蓄电池引起的危险由此被进一步最小化。
[0016]此外按照本发明提出一种用于蓄电池系统的蓄电池管理系统，其中，所述蓄电池系统被构造为用于借助于由所述蓄电池系统包括的蓄电池和同样包括的可控制的变换器产生交流电压，其中，变换器具有带有各自串联连接的通过所述变换器的外部的控制可切换的功率开关的并联的电流分路。在此，所述蓄电池系统包括充电和分离装置，其具有带有在所述蓄电池与所述变换器之间的充电电流源的电流通路，并且所述蓄电池管理系统被构造为控制所述变换器。
[0017]所述蓄电池管理系统的特征在于，所述蓄电池管理系统被构造为如此控制所述变换器，以同时接通在所述并联的电流分路中的至少一个电流分路中的功率开关。
[0018]如果所述充电和分离装置是可控制的并且所述电流通路借助于控制是可闭合的并且是可中断的，那么能够在蓄电池管理系统的一个实施形式中所述蓄电池管理系统被构造为在在所述并联的电流分路中的至少一个电流分路中的功率开关同时接通的情况下通过控制所述充电和分离装置来闭合所述电流通路并且继而闭合电流回路。
[0019]通过借助于在充电和分离装置中的电流通路闭合所述电流回路实现了蓄电池能量的减少的可靠的导入。
[0020]如果所述蓄电池系统包括可控制的另一闭合和分离装置，其具有借助于控制可闭合并且和可中断的在所述蓄电池系统与所述变换器之间的另一条电流通路，那么所述蓄电池管理系统在所述实施例的改进中被构造为，在闭合所述电流通路之前在同时接通在所述并联的电流分路中的至少一个电流分路中的功率开关时通过控制所述另一闭合和分离装置来闭合所述另一条电流通路。
[0021]通过借助于在所述充电和分离装置中的电流通路来闭合所述电流回路实现了蓄电池能量的减少的可靠的导入。
[0022]在另一实施形式中，能够将所述蓄电池管理系统设置为间隔地中断所述电流通路。
[0023]因此，能够避免充电电流源的过载。[0024]在另一实施形式中，能够将所述蓄电池管理系统设置为基于模型确定是否存在所述充电电流源的有威胁的过载。
[0025]因此能够预测充电电流源的有威胁的过载。
[0026]在又一另外的实施形式中将所述蓄电池管理系统构造为，如此控制所述变换器，以同时接通在所有并联的电流分路中的至少两个功率开关。
[0027]依据本发明还提出一种用于借助于由所述蓄电池系统包括的蓄电池产生交流电压的蓄电池系统的变换器。所述变换器包括至少并联的电流分路，其具有串联连接的通过所述变换器的外部控制可切换的功率开关。
[0028]所述变换器的特征在于，针对外部控制设置所述变换器，其引起同时接通在所述并联的电流分路中的至少一个电流分路中的所述功率开关。
[0029]依据本发明也提出一种用于产生具有电能的交流电压的系统，其中所述系统包括依据本发明的蓄电池管理系统、依据本发明的变换器、蓄电池和具有带有在蓄电池与变换器之间的充电电流源的电流通路的充电和分离装置。
[0030]依据本发明还提出一种用于依据本发明的系统的充电电流源，其中所述充电电流源设置为，基于所述蓄电池的最大充电状态，将所述蓄电池不中断地过载安全地放电。
[0031]依据本发明最后提出一种机动车，其具有适用于扭矩产生的机器和依据本发明的用于给所述适用于扭矩产生的机器供以电能的系统。
[0032]在一个实施形式中依据本发明的方法特别地包括所述步骤:
[0033]?控制所述充电和分离装置和另一具有另一借助于控制在蓄电池系统与变换器之间可闭合和可中断的电流通路的闭合和分离装置以便在两侧中断在蓄电池与变换器之间的电路回路；
[0034].测量所述蓄电池的绝缘电阻值；
[0035].确定所述蓄电池的测量的绝缘电阻不低于最小电阻值；以及
[0036].在时间上在所述控制变换器之后并且在时间上在所述控制充电和分离装置之前，控制所述另一闭合和分离装置以便闭合所述另一电流通路。
[0037]在所述方法的该实施形式或另一实施形式中，在时间上跟随控制所述充电和分离装置之后，能够反复地控制所述充电和分离装置以便中断并随后再闭合所述电流回路以便闭合所述电流回路。
[0038]在所述方法的另一实施形式中，所述方法还能够在控制所述变换器之前包括测量所述变换器的绝缘电阻值以及确定所述变换器的所述测量的绝缘电阻不低于另一最小电阻值。
[0039]所述方法此外还能够包括反复测量在闭合的电流回路时所述蓄电池的充电状态、通过所测量的充电状态确定是否低于充电状态边界以及继续控制充电和分离装置和所述另一闭合和分离装置以便继续在两侧中断在所述蓄电池与所述变换器之间的电流回路。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]根据附图和随后的描述对本发明的实施例进一步进行阐明。
[0041]图1示出了根据现有技术的蓄电池系统的原理图；
[0042]图2示出了根据现有技术的驱动系统的原理图；以及[0043]图3示出了依据本发明的方法的示例性的实施形式的原理图。
【具体实施方式】
[0044]对用于产生交流电压的、例如锂离子蓄电池的、具有带有在并联的电流分路上串联设置的变换器的蓄电池系统的伴随研发的测试已经表明，在蓄电池系统——其在机械测试之后虽然大的机械力作用于所述蓄电池在测试期间首先没有造成问题——中多次出现情况，其中首先普通的蓄电池系统在机械测试之后几周着火。
[0045]本发明的在下文中更准确地描述的示例性的实施形式允许，蓄电池单元在事故之后或在重要的技术问题时——例如通过未按规定的工作的充电装置的有威胁的过载——通过受控的放电转变到一个安全的状态。而且蓄电池在该安全的状态下更长的停留不能够导致着火。蓄电池单元在此如此被放电，以使得自如内部的短路不再能够导致蓄电池单元的着火。
[0046]依据本发明的方法I的一个示例性的实施形式设定，在借助于蓄电池管理系统识别到事故或重要的技术问题之后首先立刻通过打开断路开关实施蓄电池220的至少单极的、更好是双极的隔离2。
[0047]在具有双极的隔离的示例性的实施形式中蓄电池管理系统在双极的隔离之后首先在打开的断路开关120、130和110的情况下通过测量绝缘电阻值并且与边界值进行比较实施绝缘电阻测试3。在此检查蓄电池220的高电压是否还具有对地的足够的电绝缘电阻。如果绝缘电阻未低于一个限定的边界值，那么在变换器上通过相应的方式实施绝缘电阻测试4。
[0048]在变换器210上的绝缘电阻测试4可以例如通过在示例性的实施例中由变换器210包括的转换器电子装置实现。该转换器电子装置能够在此经由实现为CAN总线的双向通信接口与蓄电池管理系统通信，亦即接收控制命令并发送状态报告。
[0049]在单极分离时能够在蓄电池系统上实现绝缘电阻测试。但是足够的对地绝缘的存在也能够由蓄电池管理系统根据其他原因并且通过其他方式已经被确定。对于本发明足够的是安全存在足够的绝缘。
[0050]如果安全地存在，蓄电池220和变换器210如此地相对于车辆接地绝缘，以使得蓄电池220可安全地转变到放电的状态，那么通过蓄电池管理系统、经由转换器电子装置的命令的发送5如此控制在变换器210中在至少一个并联的电流分路中串联电连接的功率开关230，以使得在所述并联的电流分路中的至少一个电流分路中的所有串联电连接的功率开关230被接通。在示例性的实施形式的改进中发送一个命令，以便接通在所有并联的电流分路中各自的所有串联电连接的功率开关230。
[0051]在接通所有按照命令有待接通的功率开关230之后，变换器210将该状态经由双向通信接口通知给蓄电池管理系统。
[0052]假如蓄电池系统包括一个第二分离装置170，那么首先实现该分离装置170的断路开关150的闭合6。随后实现电流回路闭合7，其方法是接入蓄电池系统的充电和分离装置130的充电电流源110。这导致通过充电电流源130的蓄电池放电8。因为在变换器210的一个电流分路中所有的功率开关被闭合，所有在变换器的输出端上不提供功率。在机动车的电动或混合动力发动机200——其连接到一个这样的蓄电池系统——中，在放电期间不产生扭矩。
[0053]必须针对在放电时出现的电流强度设置充电电流源110。备选地，蓄电池管理系统能够在放电期间在充电电流源110上实施检测10，电流源110的过载是否是有威胁的。如果是，实现充电电流源110的切断11。在此，过载可以通过蓄电池管理系统例如基于模型被识别到。在检测12已经表明充电电流源110由于切断已经从过载中恢复并且又准备好给蓄电池单元140放电之后，通过蓄电池管理系统实现再接入7并且继续蓄电池220的放电8。
[0054]无论连续地还是带有中断地，通过这种方式如此给蓄电池系统的蓄电池单元140放电，以便随后出现的不可控的内部或外部短路不再能够导致危险。
[0055]在确定9蓄电池220已经被充足地放电之后，能够又通过打开11断路开关120和150并且同时隔离2充电电流源110来将蓄电池220与变换器210双极地隔离。
[0056]原则上有意义的是，在出现技术问题时将蓄电池单元140转变到放电状态。在电动车辆中蓄电池220的充电过程应该称为一个例子，其中充电装置不由于故障而减少充电电流，即使蓄电池220被充满。
[0057]在这种情况下，在经由机电开关将充电装置切断之后，以所述的方式给蓄电池220放电。
[0058]在通过接入来激活该充电电流源110之后，在图2中示例性地示出的直流电压中间电路一经由该直流电压中间电路牵引用蓄电池220连接到逆变器210的直流电压测——的中间电路电容器能够被如此地充电，以使得在闭合充电和分离装置170的断路开关150时调整电流以允许的方式被限制。
[0059]在充电电流源110中，中间电路电容器的充电过程经历稳定的充电电流。因此电容器电压每个时间单元的上升是线性的并且因此比渐进地更快地促成完全的充电。
【权利要求】
1.一种用于对由蓄电池系统包括的蓄电池(220)安全地放电(8)的方法(1)，其中，所述蓄电池系统还包括可控制的变换器(210)，其具有带有串联连接的通过所述变换器的外部的控制可切换的功率开关(230)的至少并联的电流分路、以及包括可控制的充电和分离装置(130)，其具有带有在所述蓄电池(220)与所述变换器(210)之间的充电电流源(110)的中断的电流通路，其特征在于以下步骤:?测量(3、4)所述蓄电池系统的绝缘电阻值；?确定(3、4)所测量的绝缘电阻值不低于最小电阻值；?在时间上在所述确定(3、4)之后控制(5)所述变换器(210)，以接通在所述并联的电流分路中的至少一个电流分路中的所述功率开关(230)，以同时接通在所述至少一个电流分路中的所述功率开关(230);以及?在时间上在所述控制(5)所述变换器(210)之后控制(7)所述充电和分离装置(110)，以通过闭合所述电流通路来闭合电流回路。
2.一种用于蓄电池系统的蓄电池管理系统，其中，所述蓄电池系统被构造为用于借助于由所述蓄电池系统包括的蓄电池(220)和同样包括的、可控制的变换器(210)产生交流电压，其中，所述变换器(210)具有带有串联连接的、通过所述变换器的外部的控制可切换的功率开关(230)的并联的电流分路，其中，所述蓄电池系统包括充电和分离装置(130)，其具有带有在蓄电池(220)与变换器(210)之间的充电电流源(110)的电流通路，并且所述蓄电池管理系统被构造为控制所述变换器(210)，其特征在于，所述蓄电池管理系统被构造为如此控制所述变换器(210)，以同时接通在所述并联的电流分路中的至少一个电流分路中的功率开关(230)。
3.根据权利要求2所述的 蓄电池管理系统，其中，所述充电和分离装置(130)由所述蓄电池管理系统是可控制的并且所述电流通路借助于控制是可闭合的并且是可中断的，并且所述蓄电池管理系统被构造为在在所述并联的电流分路中的至少一个电流分路中的功率开关(230)同时接通的情况下闭合所述电流通路并且继而闭合电流回路。
4.根据权利要求3所述的蓄电池管理系统，其中，所述蓄电池系统包括由所述蓄电池管理系统可控制的另一闭合和分离装置(150)，其具有借助于控制可闭合并且可中断的、在所述蓄电池系统与所述变换器之间的另一条电流通路，并且所述蓄电池管理系统被构造为，在闭合所述电流通路之前在同时接通在所述并联的电流分路中的至少一个电流分路中的功率开关时闭合所述另一条电流通路。
5.根据权利要求2至4之一所述的蓄电池管理系统，其中，所述蓄电池管理系统被设置为间隔地中断所述电流通路。
6.根据权利要求2至5之一所述的蓄电池管理系统，其中，所述蓄电池管理系统被设置为基于模型确定是否存在所述充电电流源的有威胁的过载。
7.一种用于借助于由所述蓄电池系统包括的蓄电池(140)产生交流电压的蓄电池系统的变换器(210)，其中，所述变换器(210)包括并联的电流分路，其具有串联连接的、通过所述变换器的外部的控制可切换的功率开关(230)，其特征在于，针对外部的控制来设置所述变换器(210)，其引起同时接通在所述并联的电流分路中的至少一个电流分路中的所述功率开关(230)。
8.一种用于产生交流电压的系统，包括:依据权利要求2所述的蓄电池管理系统、依据权利要求7所述的变换器(210)、蓄电池(220)和充电和分离装置(130)，其具有带有在蓄电池(220)与变换器(210)之间的充电电流源(110)的电流通路。
9.一种用于根据权利要求8所述的系统的充电电流源，其中，所述充电电流源被设置为，基于所述蓄电池的最大充电状态，将所述蓄电池不中断地过载安全地放电。
10.一种机动车，其具有适用于扭矩产生的机器和根据权利要求9所述的用于给所述适用于扭矩产生的机器供以电能`的系统，其中，所述变换器包括至少三个并联的电流分路。
【文档编号】H02J7/00GK103595088SQ201310355843
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月14日 优先权日:2012年8月16日
【发明者】H·芬克 申请人:罗伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式会社