专利名称：用于对电能型能量储存系统进行放电的方法和构造的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于通过放电电阻器对电能型能量储存系统、特别是具有混合动力传动系的车辆(在下文中称为"混合动力车辆")内的能量储存系统进行放电的方法和构造，并涉及一种包括这种构造的混合动力车辆。
背景技术：
在下文中，本发明结合混合动力车辆来描述。然而，本发明不限于这种应用。例如，本发明也能够用于包括这种能量储存系统的静止的动力生成系统。本发明也可适用于静止和/或可移动的建筑设备，例如建筑车辆或野外机器。
混合动力车辆 - 般包括至少两个驱动发动机，其中常规的燃烧发动机最经常由另外的电驱动单元支持。用于使电驱动单元运行的电能通常由能量储存系统提供，如高压电容器或电池，其中储存在该能量储存系统内的电能由燃料电池或发电机产生。
如果这种混合动力车辆遇到事故，则由于储存在能量储存系统内的高压能量，对救援队或其他救助人员或者对驾驶员和乘客本身有危险。因此，在这种情况下，必须尽快对能量储存系统进行放电。
通常，对高压能量储存系统进行放电优选通过放电电阻器来进行。放电电阻器限制放电电流并防止放电过程期间或之后能量储存系统爆炸或以不受控的危险方式运行。将放电电阻器的电阻选择得足够大，以保持对放电过程的控制并对能量储存系统进行放电而不损坏该能量储存系统。在日本专利申请jp 2004129367中公开了另一种放电过程，其中并行执行两种放电方法(通过常见的放电电阻器来放电和通过电晕放电来放电)。在遇到事故的情况下放电过程自行启动。
不利地，为放电电阻器使用大电阻或使用上述两种放电方法(即使它们并行执行)意味着放电过程在它完成之前需要数分钟。在此时间内，不能进行安全的救援操作，这甚至可能会付出人员的生命。
发明内容
因此，本发明的一种目的是提供一种用于对电能型能量储存系统进行放电的方法和构造，它减少了对能量储存系统进行放电所需的时
间。本发明的另一个目的是提供一种降低由放电过程导致的暴露于危险副作用环境的风险的方法和构造。
通过分别根据权利要求l和22所述的用于对电能型能量储存系统(在下文中统称为"能量储存系统")进行放电的方法和构造以及通过根据权利要求50所述的包括这种构造的混合动力车辆实现了这些目的。
本发明基于如下结论使用具有相对低电阻的电阻器对能量储存系统进行放电的主要限制因素之一是在放电过程期间生成的热。因此，根据本发明，在放电过程期间在电阻器处设置冷却剂，用于对放电过程期间产生的热进行散热。有利地，该放电电阻器能够由具有正温度系数的合金制成，例如canthal合金、铜镍合金或钨。
除了其价格相对低之外，使用二氧化碳气体(co2)作为冷却剂的优点是二氧化碳气体也充当灭火器。在电阻器和/或能量储存系统由于在快速放电中产生的热而开始燃烧的情况下，冷却剂也能灭火或防火。因此，在本发明的优选实施例中，也在能量储存系统自身处设置冷却
10剂。
另外，在优选实施例中，冷却剂在压力下储存在加压储存单元内。释放冷却剂会导致储存单元的温度骤降。温度骤降也能够用于进一步冷却能量储存系统和/或放电电阻器。此效果能够通过将储存单元整合在能量储存系统内和/或放电电阻器内来最大化。整合储存单元具有另外的优点，即能够降低设备尺寸。
另一个有利的实施例使用至少一个耗能器，该至少一个耗能器与能量储存系统连接，用于对能量储存系统进行放电和/或支持该放电过程。在车辆的能量储存系统需要放电的情况下，则优选使用电机来对能量储存系统进行放电。
在另一个优选实施例中，放电过程的启动由触发信号触发。该触发信号能够例如通过车辆自动传输，和/或例如通过由救援队操作的远程控制器手动传输。
优选地，触发信号通过事故感测传感器或像防撞检测系统这类的系统来传输。事故感测传感器或系统可以是用于在事故发生时识别出事故并将放电过程的启动与例如安全气囊展开信号相关联的传感器，或者是计算事故可能性并且如果可能性超过一定阈值则传输触发信号的事故预测传感器。两种解决办法的主要优点是当救援队到达时放电已在进行中，或者在事故预测传感器或系统的情况中放电已经完成或几乎完成。
更有利的是提供通知放电过程状态的信号可能性，该放电过程状态即能量储存系统的放电已完成或仍在进行中和/或仍需启动和执行。
在从属权利要求、附图和说明书中限定了另外的优点和优选的实施例。下面，将通过附图进一步描述本发明。所示出的实施例仅是示例性的，并非意图将权利要求限制于此。
图1是根据本发明的用于对能量储存系统进行放电的构造的第一优选实施例的示意图。
图2是根据本发明的用于对能量储存系统进行放电的构造的第二优选实施例的示意图。
具体实施例方式
图1示意性示出本发明的构造的第一优选实施例。能量储存系统2储存由燃料电池或发电机(未示出)产生的电能，并设计用于高压。
与提供12V或24V电压水平电能的"常见"车辆电池相比，这种高压能量储存系统储存通常在数百伏范围内的能量。能量储存系统2能够包括多个串联连接的电容器或电池，所述电容器或电池具有负极4和正极6。为了清楚起见，图1仅示出单个电容器或电池。
在发生事故的情况下，由于能量储存系统2的高压，该系统对救援队或其他救助人员或者车辆的成员来说是一种潜在危险。在这种情形中，因此有必要将能量储存系统2尽快放电到零或安全水平。
为了对能量储存系统2进行放电，能量储存系统2的负极4和正极6连接到具有第一开关10的第一电路8。只要第一开关10闭合，则放电过程就通过闭合电路8而开始。为了控制放电并防止损坏该能量储存系统2，第一电路8包括限制放电电流I的第一放电电阻器12。
在另外的实施例中，已存在的耗能器能够用作放电电阻或能够用来通过消耗尽可能多的能量来支持放电过程。例如，在车辆的能量储存系统应尽快放电的情况下，能够有利的是使用车辆的电机来消耗尽可能多的能量。由于此放电过程可能耗时过长，所以耗能器也可以仅 用来支持放电过程。所储存的能量越少，则放电过程将越快。
第一放电电阻器12例如是具有相对低电阻和正温度系数的线绕 电阻器。在此情形中，"低"是指在能量储存系统2不发生任何危险例 如电池爆炸的情况下的最高可能的放电电流。这也意味着如果电阻"过 低"，则可能存在由于放电自身导致的不希望的情况，像电池爆炸、电 容器燃烧或排出有毒气体。因此，放电电流必须分别适合在系统内使 用的电池和电容器。如果电阻"过高"，则放电过程过慢。因此，优选
使用其电阻与热相关的电阻器12。这意味着如果电阻器12是冷的，则
它提供相对低的电阻，但如果温度增加则电阻也增加。
这种电阻器例如由canthal合金丝、铜镍合金丝或钨丝制成。由于 相对低的电阻，能够对能量储存系统2相当快地放电，该放电优选在 数秒内而非现有技术中己知的电阻器的数分钟。不幸的是，即使使用 具有正温度系数的电阻器，相对快的放电过程也产生大量热。放电的 热使得有燃烧的风险，并因此有使整个系统着火或/和爆炸的风险。
为了降低燃烧的风险但允许非常快速的放电，本发明的构造包括 例如二氧化碳气体(C02)的冷却剂14，该冷却剂14优选在压力下储 存在诸如罐的冷却剂储存单元16内。释放冷却剂会导致储存单元的温 度骤降。温度骤降也能够用于进一步冷却能量储存系统和/或放电电阻 器。
由于储存器在已经释放冷却剂时自身提供冷却源，所以储存单元 16也可以是能量储存系统2和/或放电电阻器12的整体部分。这具有 进-一歩的优点，即不存在由于长输送路径而可能发生的冷却剂损失。 但是，也可以仅将冷却剂储存单元并入该能量储存系统内，并将冷却 剂喷射流引导到放电电阻器，由此，降温效果用于将能量储存系统冷 却，而冷却剂用 冷却放电电阻器；或者反过来。使用二氧化碳气体具有另外的优点，即不管怎样如果系统着火则 二氧化碳气体也充当灭火器。原则上，可以使用任何适于充当冷却剂 且也耐火的不导电气体或流体，例如惰性气体。
如果通过闭合第一开关10而开始放电过程，则冷却剂14被引导 到第一放电电阻器12，这在图1中通过箭头18指示。为了第一放电电
阻器12的最佳冷却，第一放电电阻器12包括多个冷却孔20，所述多 个冷却孔20使冷却剂(或只是空气)能够冷却第一放电电阻器12的 电阻器丝。
通过提供诸如导向通道(未示出)的装置，能够将冷却剂14引导 到第一放电电阻器12。如果例如C02的冷却剂14在压力下储存并位 于第一放电电阻器12附近，则不需要这种额外提供的装置，因为打开 压力罐16导致从罐16的开口中喷出的冷却剂喷射流，该冷却剂喷射 流能够被引导向第一放电电阻器12。
更优选将冷却剂14也引导到能量储存系统2。因为快速放电过程 对能量储存系统2本身具有与热相关的影响，所以能量储存系统2的 冷却将允许更快速的放电过程。将冷却剂14提供到能量储存系统2由 箭头22指示。为此，冷却剂14能够被引导通过第一放电电阻器12， 并之后引导到能量储存系统2，但也可以将冷却剂流分开并将一部分引 导到第一放电电阻器12而另一部分引导到能量储存系统2。所述部分 可以具有相同的大小，但也可以在第一放电电阻器12处提供更多的冷 却剂，而在能量储存系统2处仅提供一小部分冷却剂14，或者反过来。
也可以将第一放电电阻器.2置于能量储存系统2附近，或将第一 放电电阻器12或其一部分整合到能量储存系统2内。这简化了将冷却 剂14提供到第一放电电阻器12和能量储存系统2的过程。在将第一放电电阻器12和/或能量储存系统2冷却后，冷却剂14 被引导到环境中，这由箭头24指示。
第一开关10通过触发信号26操作，该触发信号26源自使放电过 程启动的触发信号生成源28。该触发信号使第一开关10闭合并且使冷 却剂储存器16打开，用于在放电过程期间将冷却剂14提供到第一放 电电阻器12禾口/或能量储存系统2。
触发信号26能够手动和/或自动传输。如果手动传输该信号，则 例如来自救援队或乘客的人员能够通过按下位于车辆处的按钮或通过 操作远程控制器来启动放电过程。操作远程控制器的优点是能够避免 与车辆的直接接触。也可以的是车辆自身将信号传输到远程控制器 从而指示放电是必需的。如果自动启动失败或希望进一步控制放电过 程的启动，则这是优选的。
在另一个优选实施例中，触发信号的传输优选为自动的。例如， 触发信号能够通过事故感测系统或传感器传输。事故感测系统或传感 器感测是否己发生事故并然后传输触发信号。由于相同的原理应用于 安全气囊的展开，所以触发信号也能够与安全气囊展开信号相关联。
事故感测系统或传感器也可以是事故预测系统的一部分。事故预 测系统计算事故的可能性，并且如果计算出的事故可能性超过某一预 定阈值，则能够传输触发信号。优选地，触发信号在事故发生之前的 预定时段被传输，使得实际事故发生时能量储存系统已经(几乎)完 全放电，或至少很大长度上放电。为了实现将能量储存系统放电到能 量储存系统内(预定的)"要求"或"安全"的能量剩余水平，所述预 定时段能够与将能量储存系统放电到所述"安全"水平或放电到零所 需的时间有关。在实际事故发生之前已启动放电过程的主要优点是 就在事故发生之后，救援队或其他人员能够触及车辆且提供帮助而不 会冒如下风险，即受到储存在能量储存系统2内的能量所导致的任何
15危险效果的负面影响。
在其他优选实施例中，除触发信号外，还能够传输信息信号和/或 "安全"信号。信息信号(指示放电过程进行中或仍需执行的信号)能够 例如传输到救援服务中心、事故通知中心、事故记录器或一般地传输 到车辆外侧。信息信号也可以是声学或光学警告信号的形式，如果放 电过程已失败或仍在进行中或仍需执行，则该声学或光学警告信号警 告人员勿靠近车辆。
"安全"信号指示放电过程已完成或能量储存系统未带电到危险 水平，使得任何来到事故现场的人员均能够确信尽管车辆内存在能量 储存系统2，但接近车辆和提供帮助不再是危险的。
也可以将触发信号的手动和自动传输相结合，使得如果自动传输 由于车辆损坏而失败，则至少还能够启动放电。
除第一放电电阻器12和第一电路8外，能够设置包括第二放电电
阻器的第二 (独立)电路以用于受控放电过程，该第二放电电阻器具
有比一放电电阻器12电阻高的电阻，所述受控放电过程在时间上比 由第一放电电阻器12控制的放电过程更慢。除了使用包括在两个不同 电路内的两个不同的放电电阻器，也可以使用具有可调电阻的单个放 电电阻器。
在图2中示出本发明的构造的相应的第二实施例。图2示出与图 1相同的部件，但另外地图示包括第二放电电阻器32和第二开关34的 第二电路30。原则上，也可以使用闭合第一电路或第二电路30的单个 三位置开关(替代图2中的两个开关10和34)。
图2中的第二开关34也通过由触发信号生成源生成的触发信号 26操作。如图2所示，该触发信号生成源可以与将触发信号26传输到第一开关10的触发信号生成源28相同。
与通过具有第一放电电阻器12的第一电路8执行的放电过程相 比，由于第二放电电阻器32的更高的电阻，由第二放电电路30和第 二放电电阻器32执行的放电过程慢得多。因此，使用第二放电电阻器 32的放电过程在紧急情况下不执行，而是在也需要能量储存系统2的 放电的所有其他"非紧急"情况下执行，如维护、维修或只是驻车。 因此在此情况下，触发信号26不与像上述事故感测传感器这样的事故 相关系统相关联或有关。
用于第二开关34的触发信号26能够由驾驶员或维修人员通过按 下位于车辆上的相应按钮或通过操作远程控制器来手动传输。原则上， 也可以自动启动该触发信号26。例如，这可以通过将触发信号26的传 输与指示维修站(或任何其他维护场所)的位置的GPS信号相关联来 完成，或通过将触发信号26的传输与车辆中控锁系统的操作相关联来 完成。
通过闭合第二电路30启用的"较慢"的放电过程的优点是它更进 一步降低了由放电过程导致的暴露于危险副作用环境的风险。
优选地，使用已存在的耗能器、特别是车辆的电机来作为第二放 电电阻器32。通过耗能器的放电是更慢且更柔和的过程，从而将保证 能量储存系统不被损坏。附图标记
2 能量储存系统
4 负极
6 正极
8 第一电路
10第一开关
12第一放电电阻器
14冷却剂
16冷却剂储存器
18到放电电阻器的冷却剂流
20冷却孔
22到能量储存系统的冷却剂流
24到环境的冷却剂流
26触发信号
28触发信号生成源
30第二电路
32第二放电电阻器
34第二开关
权利要求
1.用于通过第一放电电阻器(12)对电能储存系统(2)进行放电的方法，其特征在于如下步骤将冷却剂(14)在压力下储存在储存单元(16)内；以及打开所述储存单元以用于生成冷却剂喷射流，从而在所述能量储存系统(2)的放电期间将所述冷却剂(14)提供到所述第一放电电阻器(12)，用于散热。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中所述冷却剂(14)也提供到所述能量储存系统(2)。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述冷却剂(14)是二氧化碳气体。
4. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括如下步骤通过触发信号(26)来启动所述能量储存系统(2)的放电。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述触发信号(26)通过可手动操作的信号传输器传输。
6. 根据权利要求4或5所述的方法，其中所述触发信号(26)通过远程控制器传输。
7. 根据权利要求4至6中的任一项所述的方法，其中所述触发信号(26)通过事故感测传感器自动传输。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述事故感测传感器是事故预测系统的一部分，该事故预测系统感测事故的可能性，并且如果事故可能性超过预定的事故可能性阈值，则传输所述触发信号(26)。
9. 根据权利要求4至8中的任一项所述的方法，其中所述触发信号(26)与安全气囊展开信号相关联。
10. 根据权利要求7至9中的任一项所述的方法，其中所述触发信号(26)在事故感测传感器确定的事故发生之前的预定时段被传输。
11. 根据权利要求IO所述的方法，其中所述预定时段与将所述能量储存系统(2)放电到预定水平所需的时间相关联。
12. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括如下步骤如果放电被启动，则传输信息信号。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述信息信号被传输到救援服务中心和/或事故通知中心和/或事故记录器。
14. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括如下步骤如果己将所述能量储存系统(2)放电到预定水平和/或将所述能量储存系统(2)放电到预定水平所需的预定时段已经过去，则传输安全信号。
15. 根据权利要求11或14所述的方法，其中所述预定水平小于等于直流75V且小于等于交流60V。
16. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述放电电阻器(12)由具有正温度系数的金属合金制成，优选由canthal合金、铜镍合金和/或钨制成。
17. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中至少一个耗能器用作放电电阻器(12， 32)，禾口/或用于通过消耗能量来支持放电。
18. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述能量储存系统(2)包括至少一个电容器和/或至少一个电池。
19. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述冷却剂储存在所述能量储存系统(2)内和/或所述放电电阻器(12)内。
20. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述方法仅 在紧急情况下执行。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中第二放电电阻器(32)或 合适的耗能器在所有其他情况下使用，特别是在维护或维修或驻车的 情况下使用，且其中所述第二放电电阻器(32)具有适于在更长的时 段内执行所述能量储存系统(2)的放电的电阻，该更长的时段比通过 所述第一放电电阻器(12)进行的所述能量储存系统(2)的放电时段 要长。
22. 用于对电能储存系统(2)进行放电的构造，包括能量储存系 统(2)和第一放电电阻器(12)，该第一放电电阻器(12)可通过第 --连接器(10)连接到所述能量储存系统(2)，其特征在于还包括 用于在压力下储存冷却剂(14)的至少一个储存单元(16)，其中打 开所述储存单元(16)生成冷却剂喷射流，由此在所述能量储存系统(2)的放电期间将所述冷却剂(14)提供到所述第一放电电阻器(12)， 以用于散热。
23. 根据权利要求22所述的构造，其中所述冷却剂(14)也提供 到所述能量储存系统(2)。
24. 根据权利要求22或23所述的构造，其中所述冷却剂(14) 是二氧化碳气体。
25. 根据权利要求22至24中的任一项所述的构造，其中所述储存单元(16)结合在所述能量储存系统(2)和/或所述放电电阻器(12)内。
26. 根据权利要求22至25中的任一项所述的构造，其中所述冷却剂(14)通过至少一个引导通道提供到所述第一放电电阻器(12)和/或所述能量储存系统(2)。
27. 根据权利要求22至26中的任一项所述的构造，其中所述第一放电电阻器(12)具有多个电阻器丝，且包括用于将所述冷却剂(14)引入到所述电阻器丝的多个孔(20)。
28. 根据权利要求22至27中的任一项所述的构造，其中所述第一放电电阻器(12)由具有正温度系数的金属合金制成，优选由canthal合金、铜镍合金和/或钨制成。
29. 根据权利要求22至28中的任一项所述的构造，其中所述第一放电电阻器(12)是所述能量储存系统(2)的一体部分。
30. 根据权利要求22至29中的任一项所述的构造，其中所述第一放电电阻器(12)是至少一个耗能器。
31. 根据权利要求22至30中的任一项所述的构造，还包括至少一个耗能器，该至少一个耗能器连接到所述能量储存系统(2)且可用于对所述能量储存系统(2)进行放电。
32. 根据权利要求22至31中的任一项所述的构造，其中所述第一连接器(10)是电开关、继电器或螺线管或以例如碳化硅(SiC)的材料制成的超导体。
33. 根据权利要求22至32中的任一项所述的构造，其中所述能5量储存系统(2)包括至少一个电容器和/或至少一个电池。
34. 根据权利要求22至33中的任一项所述的构造，还包括用于传输触发信号(26)的触发信号传输器(28)，该触发信号(26)启动所述能量储存系统(2)的放电。
35. 根据权利要求34所述的构造，其中所述触发信号传输器(28)是可手动操作的信号传输器。
36. 根据权利要求34或35所述的构造，其中所述触发信号传输器(28)是远程控制器。
37. 根据权利要求34至34中的任一项所述的构造，还包括设计为自动传输所述触发信号(26)的事故感测传感器。
38. 根据权利要求37的任一项所述的构造，其中所述事故感测传 感器设计为感测事故的可能性，并且如果事故可能性超过预定的事故可能性阈值，则传输所述触发信号(26)。
39. 根据权利要求33至37中的任一项所述的构造，其中所述触发信号(26)与安全气囊展开信号相关联。
40. 根据权利要求33至39中的任一项所述的构造，其中所述触发信号(26)在事故感测传感器确定事故发生之前的预定时段被传输。
41. 根据权利要求40所述的构造，其中所述预定时段与将所述能量储存系统(2)放电到预定水平所需的时间有关。
42. 根据权利要求22至41中的任一项所述的构造，还包括信息信号传输器，如果放电被启动，则所述信息信号传输器传输信息信号。
43. 根据权利要求42所述的构造，其中所述信息信号被传输到救援服务中心和/或事故通知中心和/或事故记录器。
44. 根据权利要求22至43中的任一项所述的构造，还包括安全信号传输器，该安全信号传输器用于如果已将所述能量储存系统(2)放电到预定水平和/或将所述能量储存系统(2)放电到预定水平所需的预定时段巳经过去，则传输安全信号。
45. 根据权利要求41或44所述的构造，其中所述预定水平小于等于直流75V且小于等于交流60V。
46. 根据权利要求22至45中的任一项所述的构造，其中所述触发信号传输器(28)和/或所述信息信号传输器和/或所述安全信号传输器由能够传输多种不同信号的单个信号传输器实现。
47. 根据权利要求22至46中的任一项所述的构造，其中所述第一放电电阻器(12)仅在紧急情况下使用。
48. 根据权利要求47所述的构造，其中第二放电电阻器(32)可通过第二连接器(34)连接到所述能量储存系统(2)，其中所述第二放电电阻器(32)在除紧急情况之外的所有情况中使用，且其中所述第二放电电阻器(32)具有适于在更长的时段内执行所述能量储存系统(2)的放电的电阻，该更长的时段比通过所述第一放电电阻器(12)进行的所述能量储存系统(2)的放电所需的时段长。
49. 根据权利要求48所述的构造，其中所述第二放电电阻器(32)是至少一个耗能器。
50. 车辆，优选为具有混合动力传动系的车辆，所述车辆包括根据权利要求22至49中的任一项所述的用于对电能储存系统(2)进行放电的构造。
全文摘要
本发明公开了一种用于通过第一放电电阻器(12)对电能型能量储存系统(2)、特别是具有混合动力传动系的车辆内的能量储存系统(2)进行放电的方法和构造，其中优选为二氧化碳气体的冷却剂(14)在能量储存系统(2)的放电期间提供到第一放电电阻器(12)用于散热，并公开了一种包括这种构造的混合动力车辆。
文档编号B60K28/14GK101626918SQ200780047627
公开日2010年1月13日 申请日期2007年12月11日 优先权日2006年12月22日
发明者丹尼尔·福斯勒夫 申请人:沃尔沃技术公司