蓄电池的安全方案的制作方法
【专利摘要】公开了一种用于蓄电池(10，20)的安全设备，其包括多个蓄电池单元(11)，其通过充电和分离装置(14，15)与所述蓄电池(10，20)的两极(12，13)是可连接的，并且提供用于所述蓄电池单元(11)放电的装置，其可控地并联于所述蓄电池单元，所述装置是反相器(22)的组成部件，其具有至少一个可打开和可关闭的电子阀(22a，22b)，并与蓄电池端子(12，13)连接。借助于蓄电池管理单元(27)来实现对所述安全设备的相应装置的控制。
【专利说明】蓄电池的安全方案
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有用于蓄电池的相应装置和所属方法的安全方案，尤其用于在混合动力或电动车中的牵弓丨蓄电池。
【背景技术】
[0002]提供一种在混合动力或电动车中使用的蓄电池，由于其是用于电驱动器的馈电，所以被称为牵引蓄电池。为了实现混合动力或电动车所需要的功率和能量，将各个蓄电池单元串联连接，并且还部分地并联。在电动车辆中，例如100个或更多的单蓄电池串联连接，从而使蓄电池的总电压能够高达340伏。此外，在混合动力汽车中使用的蓄电池通常超过60伏的电压限制，该电压限制被认为当由人触摸时不存在问题。
[0003]在图1中示出了根据现有技术的蓄电池系统。例如在DE-OS 10 2010 027 850中以详细的方框图描述了这种蓄电池系统。
[0004]具体地，图1示出了蓄电池10，其具有相关的集成电子元件。多个蓄电池单元11串联连接，以为各个应用实现相应的高电压输出。可选的是，附加的蓄电池单元可以并联连接，以实现蓄电池的高容量。
[0005]充电和分离装置14连接在蓄电池单元11的串联电路的正极和正的蓄电池端子12之间。此外，分离装置15位于蓄电池单元11的串联电路的负极和负的蓄电池端子13之间。充电和分离装置14和分离装置15分别包括接触器(Sch u tze) 16或17作为断路器。这些接触器被设置为使蓄电池单元11从蓄电池端子12、13断开，从而在需要时无电压地接通蓄电池端子12、13。代替接触器，还可以使用其他合适的开关装置用于本应用。
[0006]此外，在充电和分离装置14中也可以使用充电接触器(Ladesch u tz)18。充电开关18与充电电阻19串联连接。由此，当蓄电池被连接到直流电压中间电路时，充电电阻19限制了连接在传统蓄电池供电的驱动系统的直流电压中间电路中的缓冲电容器的充电电流。通过在图1中示出的在正极导线中的充电和分离装置、以及在负极导线中的分离装置的电路图，所述蓄电池可以在预定事件中被单极或双极开启或关闭。此外，控制单元(未示出)产生控制所述接触器的相应信号。
[0007]借助于充电电阻19，还可以限制蓄电池接通时的补偿电流。由此，在接通过程中，在充电和分离装置14中，在断路器16断开时首先闭合充电开关18，此外，如果需要的话，分离装置中的断路器17闭合在蓄电池系统负极上。此后，外部连接的系统的输入电容通过充电电阻19被充电。如果该蓄电池系统的正极和负极之间的电压与蓄电池单元的总电压还稍微具有差别，则通过闭合充电和分离装置14中的断路器来结束充电过程。此后，蓄电池系统被低阻抗地连接到外部系统，并且可以根据其特定功率数据进行操作。总体说来，在蓄电池系统接通时在外部系统和蓄电池系统之间出现的补偿电流能够被限制至可接受的值。
[0008]在图2中示出了例如在DE-OS 10 2010 027 864.5中公开的用于电动或混合动力车辆的电力驱动系统的电路图。其中，蓄电池20被连接到直流电压中间电路，其通过电容器21进行缓冲。脉冲反相器22被连接到直流电压中间电路，其通过两个可控半导体阀22a,22b和两个二极管22c、22d为电力驱动电机23例如感应式电机操作提供相互相移的三个输出正弦电压。电容器21的电容必须足够大，从而使直流电压中间电路中的电压在可控半导体阀接通的持续时间内是稳定的。
[0009]DE-OS 10 2010 027 864.5中公开的电驱动系统包括蓄电池20，其类似于图1中示出蓄电池10具有多个串联连接的蓄电池单元。蓄电池单元的串联电路与蓄电池20的正极和负极端子之间具有在正极引线中的充电和分离装置、以及在负极引线中的分离装置。如图1中的蓄电池10，通过该分离装置，蓄电池的正极和/或蓄电池的负极在发生事故的情况下或者充电器的连接不正常工作的情况下从蓄电池解耦，由此切换成不带电压。尤其地，建议蓄电池从牵引车载电气系统两极地断开，以将蓄电池转换为安全的状态。同时继续保持在各蓄电池单元所存储的电荷。
【发明内容】
[0010]如果由一些影响触发短路，则可能的响应能够来源于在解耦之后另一个被充电的蓄电池单元。这也能够在很长一段时间之后完成。本发明的优点在于，在用于蓄电池的安全方案中，特别是在用于牵引蓄电池的安全方案中，在外部因素或影响不能导致危险的情况下，将蓄电池或各蓄电池单元处于临界状态。
[0011]通过如下方式实现上述优点，即所述蓄电池单元在从外部连接解耦之后，尤其是从车辆的牵引车载电气系统解耦之后，通过放电转换到安全状态。
[0012]因此，本发明的优点是如此来实现，根据现有技术的蓄电池尤其通过图3中所示的放电装置来补充。对这种附加的放电装置的控制以尤其有利的方式借助于蓄电池管理系统来实现，其提供相应的控制信号。
[0013]尤其有利的是，根据本发明，在该蓄电池单元的两个电极断开之后立即开始对蓄电池单元的放电。为此，放电装置以有利的方式借助于蓄电池管理通过开关或接触器进行控制，以实现蓄电池单元的放电。蓄电池管理系统一旦识别出蓄电池已经断开，则立即为开关提供控制信号。
[0014]另一个优点在于，通过对蓄电池单元的充电状态进行均衡的其他电子元件，能够实现蓄电池和蓄电池单元的附加的放电。在这种所谓实现蓄电池均衡的装置中，可以以有利的方式采用现有的欧姆电阻用于蓄电池单元的放电，或者额外地将其包括在内。
【具体实施方式】
[0015]在图3中示出本发明的一个实施例。在图3中示出的元件对应于在图1和2中更详细描述的元件，并具有相同的附图标记。
[0016]此外，在根据图3的本发明实施例中，用于蓄电池放电的装置被切换为与蓄电池单元11的串联电路并联。由此，根据图3中的实施例，反相器被用于以合适的方式驱动蓄电池管理系统27中的可控元件。在断开之后，尤其是蓄电池两极断开之后，蓄电池管理系统27立即开始蓄电池单元11的放电。
[0017]除了根据图1或图2中的元件之外，在根据图3的实施例中还具有蓄电池管理或蓄电池管理系统27。蓄电池管理系统27通过合适的连接28、29、30、31与蓄电池10或20、充电和分离装置14、断路器17及反相器22连接。只是象征性地示出这些连接，并例如实现了控制信号的传输等。在反相器22中，来自蓄电池管理系统27连接如图中示出的箭头29a所示连接到可控半导体阀22a和22b。
[0018]在本发明的另一个实施例中，能够通过现有或所需的用于蓄电池单元11充电状态均衡的电子设备来实现蓄电池和/或蓄电池单元11的额外放电。在这种结构中，可以包括平衡电阻和可控阀，并且优选地可以通过蓄电池管理系统27实现所谓的蓄电池平衡，单元的平衡，用于蓄电池单元放电的平衡电路可以使用现有的欧姆电阻，或可以额外地将其包括在内。
[0019]只要蓄电池管理系统27借助于确定的可预先给出的标准识别到这种请求，在蓄电池单元11 一极或两极的解耦之后，通过蓄电池管理系统27实现对脉冲反相器的可打开和可关闭的电子阀或附加的电子器件的控制。
[0020]仅示出用于使蓄电池单元放电的有利方式。
[0021]蓄电池管理系统27在两极断开之后首先通过断开断路器16、17实现隔离电阻测试。在这种情况下，检查蓄电池10、20的高压电路是否仍具有与车辆质量对应的足够电绝缘电阻。如果绝缘电阻不小于规定的阈值时，则反相器的电子设备通过牵引驱动器的通信接口，例如所谓的“驱动器-总线”，将被蓄电池管理系统27通知蓄电池10、20将会处在“蓄电池变换为安全状态”的驱动模式。牵引驱动器的通信接口，例如所谓的“驱动器-总线”对应于图3中蓄电池管理系统和反相器22之间的连接线29。
[0022]此后，如果必要，在附图中未示出的电子换流器也执行隔离电阻测试。如果顺利，则程序如下:
[0023]首先反相器22在其三个分支中的至少一个上接通两个功率开关。3个分支上的6个功率开关都被接通，这是有用的，但不是强制性的。
[0024]反相器22通过牵引驱动器的通信接口通知蓄电池10、20准备“蓄电池变换为安全状态”的模式。
[0025]此后，蓄电池10的充电和分离装置14的充电开关首先被闭合。如果蓄电池10具有第二分离装置15，则该分离装置15的断路器17接着被闭合。蓄电池单元11通过充电和分离装置14的充电电阻19被短路。由此蓄电池单元11进行放电。在电机23中，由于对反相器的所选择的控制，没有转矩生成。
[0026]在根据现有技术的蓄电池系统中，充电电阻19仅用于直流电压中间电路电容21的充电。充电电阻19必须不能持久地流过大电流，因而由于成本和空间的原因，不适合这样的操作情况。
[0027]如果以本发明中所描述方式的充电电阻19是安全方案的一部分，充电电阻19必须或被设计用于更高的连续功率，或蓄电池管理系统必须在模型中复制充电电阻器19的温度。一旦温度限制被超过，蓄电池管理系统27断开充电和分离装置14的充电开关和/或在第二可选的分离装置15中的断路器17。
[0028]在充电电阻19的温度降低之后，开关如所述被再次闭合，蓄电池单元11再次进行放电。以这种方式对蓄电池系统的蓄电池单元进行放电，以使得稍后可能发生的内部或外部短路，例如，由强烈加热或者通过火花引起，不再能够通过燃烧的蓄电池单元或由外部短路导致的火灾导致危险。
[0029]在操作模式“蓄电池变换为安全状态”完成之后，蓄电池10再次以有利的方式通过断开断路器16、17从由电容器21标记的牵引车载电气系统的两极断开。
[0030]通过应用所述的安全方案，与现有技术相比，电气牵引驱动或牵引蓄电池的安全可以得到极大改善。由此，采取以下技术措施:
[0031]该蓄电池的充电和分离装置的负载电阻必须必要时被设计用于更高的连续电流。
[0032]在反相器22中的功率开关22a、22c在两个分支中的至少一个中必须能够被同时接通。在已知的解决方案的情况下，例如通过半导体开关的驱动电路的硬件互锁来防止。根据本发明，必要时，驱动电路必须扩展到操作模式“蓄电池变换为安全状态”。
[0033]操作模式“蓄电池变换为安全状态”在功能上被附加地设置在蓄电池管理系统的软件和逆变器电子部件的控制软件中。
[0034]该安全方案不仅能够有利地在发生意外时使用。原则上有利的是，蓄电池单元11还能够在出现技术问题时变换为放电状态。以电动车辆中的蓄电池的充电过程作为示例，其中，即使在蓄电池10、20被完全充电，由于故障，充电器没有减小充电电流。在这种情况下，新的安全方案被提供，该充电器通过机电开关被关闭，其中充电电流电路获得安全保障。这未在图2中示出，因为它是专用于电动车辆和集成混合动力车辆。此后，所述方式的蓄电池被放电。因此，这确保了蓄电池10、20转移到安全状态。
【权利要求】
1.一种用于蓄电池的安全设备，所述蓄电池包括多个蓄电池单元，所述多个蓄电池单元通过充电和分离装置与所述蓄电池的电极是可连接的，其特征在于，提供用于蓄电池单元(11)放电的装置，其可控地并联于所述蓄电池单元(11)。
2.根据权利要求1所述的用于蓄电池的安全设备，其特征在于，所述蓄电池(10，20)是牵引蓄电池。
3.根据前述权利要求中任一项所述的安全设备，其特征在于，所述用于蓄电池单元放电的装置是反相器(22)的组成部分，其至少具有可打开和可关闭的电子阀(22a，22b)，并且与蓄电池端子(12，13)连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于蓄电池的安全设备，其特征在于，所述电子阀(22a，22b)包括至少一个半导体开关或机电开关。
5.根据前述任一项权利要求所述的安全设备，其特征在于，借助于蓄电池管理(27)所述用于蓄电池单元放电的装置(27)是可接通的。
6.根据前述任一项权利要求所述的安全设备，其特征在于，除了所述用于蓄电池单元放电的装置，提供用于平衡所述蓄电池单元(11)的充电状态的电子元件，其具有平衡电阻和可控元件，并且与所述蓄电池管理(27)连接，并由其进行控制，其中所述平衡电阻用于所述蓄电池单元(11)的放电。
7.一种用于蓄电池放电的方法，所述蓄电池包括多个蓄电池单元，所述多个蓄电池单元通过充电和分离装置与所述蓄电池的电极是可连接的，其特征在于，提供用于蓄电池单元放电的装置，如果蓄电池管理(27)识别到蓄电池单元(11)从至少一个蓄电池电极断开，则所述用于蓄电池单元放电的装置借助于所述蓄电池管理(27)与所述蓄电池单元(11)并联连接。
8.根据权利要求7所述的蓄电池放电方法，其特征在于，所述蓄电池管理为所述用于蓄电池单元放电的装置提供控制信号，其将所述用于蓄电池单元放电的装置切换为并联于所述蓄电池单元(11)。
9.根据权利要求7或8所述的蓄电池放电方法，其特征在于，在所述蓄电池单元(11)从两个蓄电池电极(12，13)两极地断开之后，实现对所述蓄电池单元的放电。
10.根据权利要求7或8或9所述的蓄电池放电方法，其特征在于，在所述蓄电池单元(11)放电之前，检查绝缘电阻。
11.根据前述任一项权利要求所述的蓄电池放电方法，其特征在于，一直实施所述方法，直至所述蓄电池处于安全状态。
12.根据前述任一项权利要求所述的蓄电池放电方法，其特征在于，所述方法用于混合动力或电动车辆。
【文档编号】H02J7/00GK104380522SQ201380032108
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年4月22日 优先权日:2012年6月22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