电池模块断开装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于断开汽车电池中的一个或多个电池模块的方法和装置。
【背景技术】
[0002]在电池发生故障的情况下，机动车辆中使用的汽车电池可能会对电池位于其中的机动车辆造成极大的损坏。在车辆碰撞的情况下或其中由于高幅值短路电流引起车辆着火而导致车辆严重损坏甚至乘客受伤的事故中，这特别明显。另外的损坏电池故障情况包括车辆导电结构周围的高幅值电流(例如短路电流)，锂离子电池中形成气体以及继而可能导致车辆崩溃并最终导致车辆碰撞的受损的机械和/或电子零件。
[0003]国际专利申请W02009/106394公开了用于机动车辆的电池组，电池组具有多个电池模块，一个或多个电池模块发生故障情况下电池模块能够各自断开和/或桥接，以便可以阻止电池组中的破坏性的连锁反应。
[0004]现有技术的汽车电池中可以出现另外的问题，即有缺陷的电池模块可能导致高的短路电流并且在汽车电池中的导体之间可能发生电弧放电，从而导致损坏甚至火灾。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是解决或至少减轻电弧放电的问题，以及提供一种改进的用于断开汽车电池中的一个或多个电池模块的装置。
[0006]在本发明的第一方面中，通过一种断开汽车电池中的多个电池模块中至少一个的方法实现了这个目的。方法包括以下步骤:检测到所述至少一个将被断开的电池模块；绕过至少一个被检测到的电池模块；以及不早于与绕过相同的时刻断开至少一个被检测到的电池模块与包括在汽车电池中的剩余电池模块之间的连接。
[0007]在本发明的第二方面中，通过一种用于断开汽车电池中的多个电池模块中的至少一个的装置实现这个目的。装置包括:设置成检测到所述至少一个电池模块将被断开的设备，以及设置在每个电池模块处的旁路开关，其中设置在被检测到的至少一个电池模块处的旁路开关可被控制以通过旁路路径绕过至少一个被检测到的电池模块。装置还包括设置在每个电池模块处的断开开关，其中设置在至少一个被绕过的电池模块处的断开开关可被控制以便不早于与绕过相同的时刻断开至少一个被检测到的电池模块与剩余电池模块之间的连接。
[0008]因此，选择之后，通过控制设置在每个电池模块处的旁路开关和断开开关来分别绕过和断开汽车电池中的每个汽车电池。在设置在电动车辆或混合动力车辆中的汽车电池运行期间，每个电池模块将电力传输到电动马达形式的负载，即感应负载。如果例如机动车辆的电子控制单元(ECU)检测到由于缺陷或如果希望减少电池的性能而应断开一个或多个电池模块，则控制设置在将被断开的一个或多个模块处的一个或多个旁路开关闭合旁路路径，通过该旁路路径可绕过被检测到的模块，并且同时或随后，控制设置在将被断开的一个或多个模块处的一个或多个断开开关断开被检测到的一个或多个模块和汽车电池中的剩余电池模块的连接。应当注意到，可能出于预防原因而希望断开一个或多个电池模块，例如，如果ECU接收到存在出于某个原因将发生故障的风险的指示，即使指示的故障随后没有发生。此外，如果一个或多个电池模块被断开，电池中可能出现电不平衡，从而导致需要断开另外的(正常工作的)电池模块以达到电平衡。
[0009]在实际示例中，汽车电池通过串联连接的五个电池模块传输300V (每个传递60V)给电动马达。在正常运行中，电池提供的电压将在感应元件中感应，并引起电流流动。如果一个或多个电池模块断开和电池的连接，则感应负载(即电动马达)将尝试保持相同的电流，因为感应器根据其本质会抵抗任何电流变化。由于断开的一个或多个电池模块引起的感应器电流的减少将导致感应器上的电压对抗感应器电流的减少。电压的上升可能非常陡峭，因为u = L*dl/dt，其中U表示感应器两端的电压，L是感应系数，I是流经感应器的电流，并且电压的上升可能引起所谓的感应反冲。当电池模块断开时，在电池模块处的执行断开的切换机构中的寄生电容可能会被非常高的电压充电，可能导致电流在电池中的切换机构的两个端子之间电弧放电，从而导致车辆的多个零件的损坏甚至火灾。
[0010]因此，根据本发明，首先绕过被检测到的电池模块，然后断开被绕过的模块和汽车电池中的剩余电池模块之间的连接，或同时进行绕过和断开被检测到的电池模块。绕过被检测到的电池模块将使电动马达的反冲电流流过旁路路径，并且断开可在没有引起电弧放电的风险的情况下执行，由此大大改进了电池的耐用性。另外的优点是限制了电池的运行从而给予了机动车辆的驾驶员将她的车辆从道路的繁忙路段移开或甚至将车辆驱使到车间的机会。
[0011]本发明的实施例中，可通过车辆的控制面板上显示的信息向车辆的驾驶员表明一个或多个电池模块的断开。
[0012]如果需要，在例如严重汽车事故的情况下，可以立即绕过并断开全部电池模块，或可以按顺序一个一个绕过并断开电池模块，以便阻止电池或周围的设备着火。
[0013]在本发明的实施例中，装置还包括设置在每个电池模块处的放电开关和能量排出设备，例如以电阻器的形式。可控制设置在将被断开的电池模块处的放电开关以便将被断开的电池模块耦接至能量排出设备，从而在断开模块的同时或之后，使模块放电。有利地，可采用宽容的方式使有缺陷的电池模块放电以避免任何另外的损坏。
[0014]在本发明的又一实施例中，装置还包括设置在每个电池模块处的用于感测一个或多个被绕过并且随后将被断开的电池模块的旁路路径中的电流的工具。用于感测电流的工具被设置成当旁路路径中的电流已经达到预定阈值水平时对断开开关控制以断开至少一个被绕过的电池模块。因此，通过设定感测设备的尺寸使它在预定阈值电流水平已经达到时作出反应，有利地提供自动断开机构。
[0015]在可替代实施例中，电流感测工具被设置在对应的电池模块的端子处，并且连接至对应的电池模块的旁路开关以便控制旁路开关。一旦工具感测到电池模块的端子(例如，正端子)处的电流达到预定水平，它将相应响应并且控制旁路开关通过旁路路径绕过电池模块。因此，在这个特定的实施例中，分别的的电流感测工具将有利地作为用于检测到电池模块将被断开的设备。
[0016]在又一实施例中，每个电流感测工具耦接至对应的断开开关以便使断开开关激活。当电流感测工具感测到电池模块的正端子处的电流达到预定水平时，它将通过在电流感测工具已经控制旁路开关通过旁路路径绕过电池模块的同时或之后，对断开开关控制以断开电池模块和汽车电池的主电源线之间的连接来响应。
[0017]仍然在另外的实施例中，每个电流感测工具耦接至对应的放电开关以在使断开开关激活的同时或之后使放电开关激活。因此，当电流感测工具感测到电池模块的端子处的过电流时，电流感测工具还将通过放电开关来控制电池模块向能量排出设备放电。
[0018]使分别的电流感测工具控制对应的电池模块的检测、绕过、断开甚至放电的优点在于本发明的装置中不严格要求ECU。通过使用无源零件(不必包括诸如微处理器等的零件)，用于断开一个或多个电池模块的装置变得便宜并且更简单。而且采用无源零件的装置将更容易在汽车电池内部实施。
[0019]在一个实施例中，通过设置在旁路路径中并且连接至断开开关以控制断开开关的线圈实现电流感测设备。因此一旦线圈感测到通过旁路路径的短路电流达到预定水平，它将相应地响应并且对断开开关控制以断开被绕过的电池模块。有利地，电流的这种检测和断开开关的触发是自发的。
[0020]在一个可替代实施例中，电流感测设备通过设置在旁路路径中的用于测量旁路路径中的电流的分流器实现。在这个实施例中，E⑶将通常用于确定电流并且对断开开关控制。用于感测旁路路径中的电流的另外的替代物是霍尔元件或压电传感器。
[0021]此外，可以检测电流的噪音水平并因此确定电流特性，即电流的幅值和/或频率。
[0022]在又一替代中，在例如使用ECU来控制装置的开关的情况下，ECU可控制一个或多个断开开关在从绕过模块那时起过去某一时间(例如，lms或更多)后断开一个或多个被绕过的电池模块。车辆可包含许多相互连接的ECU，例如制动控制模块(BCM)或速度控制模块(SCM)，以控制车辆的全部属性。车辆甚至可以包括从电池监测单元(BMU)接收信息的特定碰撞ECU，电池监测单元检测电池的多种物理属性，例如电压、电流、温度、荷电状态(S0C)等，以便管理电池。
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