用于在使用蓄电池模块时提升安全的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于引起车辆中的蓄电池模块的安全状态的方法，其中，不断地检查和评估该蓄电池模块的当前的状态并且所引起的蓄电池模块的安全状态涉及这样的状态，在该状态中减小损坏的蓄电池模块的影响和/或者降低蓄电池模块的损坏概率，其中，根据能够推断出蓄电池模块的压力状态的特征量实现安全状态的引起。
【专利说明】用于在使用蓄电池模块时提升安全的方法和装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于在使用蓄电池模块时提高安全性的方法和装置。
【背景技术】
[0002]根据现有的技术已知用于本质安全的蓄电池模块的安全性设计。例如熔化熔断器以及阻止或者消除蓄电池模块的范围中的过高的电压的措施就属于现有的技术。例如，在DE102011113798A1中公开了一种模块化的蓄电池，其中，为了避免与蓄电池相关的危险，该蓄电池模块中的单个的串联电路和并联电路都能够被接通和断开。
【发明内容】
[0003]本发明涉及一种用于引起车辆中的蓄电池模块的安全状态的方法，其中，不断地检查和评估该蓄电池模块的当前的状态，并且所引起的蓄电池模块的安全状态涉及这样的状态，在该状态中减小损坏的蓄电池模块的影响和/或者降低所述蓄电池模块的损坏概率。
[0004]本发明的核心在于，本发明根据能够推断出蓄电池模块的压力状态的特征量来引起安全状态。所观察的蓄电池模块的压力状态涉及在该蓄电池模块内部的压力。
[0005]本发明的背景是在处理蓄电池模块时提高安全性和降低蓄电池模块损坏的概率和/或减小损坏的蓄电池模块对环境的影响。根据能够推断出蓄电池模块的压力状态的特征量的蓄电池模块的安全状态的引起在蓄电池内过压的情况下引起蓄电池模块的安全的运行，并且引起该蓄电池模块转入安全状态。通过将蓄电池模块转入安全状态而在最大程度上避免可能的危险，该危险能够由在蓄电池内部的过压引起。
[0006]根据本发明还提供了一种用于本质安全的蓄电池模的控制装置。该控制装置适用于引起蓄电池模块的安全状态，在此不断地检查和评估蓄电池模块的当前状态并且所引起的蓄电池模块的安全状态涉及这样的状态，在该状态中减小损坏的蓄电池模块的影响和/或降低蓄电池模块的损坏的概率，在此规定用于引起安全状态，尤其是根据能够推断出蓄电池模块的压力状态的特征量的安全状态的方法。
[0007]根据本发明还规定一种本质安全的蓄电池模块，其中该蓄电池模块能够被控制。
[0008]下文给出了本发明的其他的有利的实施形式。
[0009]根据本发明的一个有利的实施方式，能够推断出蓄电池模块的压力状态的特征量涉及在蓄电池内部的压力和/或在蓄电池内部的压力的随时间的曲线。
[0010]在内部的压力以及该在内部的压力的时间曲线表示蓄电池模块的物理的状态量。该状态量的使用导致以下的优势，其能够根据物理的参数被精确地确定和定量地给出。
[0011]根据本发明的另一个优选的设计方案实施能够推断出蓄电池模块的压力状态的特征量与阈值的比较来引起蓄电池模块的安全状态。根据该比较并且根据蓄电池模块的充电状态和/或蓄电池模块的老化程度控制执行装置(Al、A2)，尤其是用于放置电流旁路或者用于应用放电装置的装置。如果该特征量达到或者超过阈值，则在此利用执行装置(Al、A2)在蓄电池模块的范围中激活电流旁路，使得蓄电池模块不能够被充电并且根据充电状态激活放电装置并且蓄电池模块放电，使得蓄电池模块尽可能快地转入最大程度地完全放电的状态。在蓄电池内部的过高的压力的示例性的阈值能够位于2巴和8巴之间，尤其位于3巴和7巴之间。
[0012]该规定在蓄电池内部出现过高的压力时带来安全地处理该蓄电池模块的优势:首先，在其内部存在过高的压力的蓄电池模块的受控的放电提高了处理蓄电池模块的安全性。受控的放电带来以下的优势，避免电缆的熔化，该电缆能够与蓄电池模块接触并且用于蓄电池模块的放电。此外，该蓄电池模块的放电引起蓄电池转入电化学的安全状态。
[0013]根据本发明的另一个有利的设计方案，对于特征量达到或者超过阈值的情况并且在存在低的充电状态时，激活放电装置并且蓄电池池模块根据在蓄电池模块内部的压力和/或在蓄电池模块内部的温度和/或在蓄电池模块内部的温度的随时间的变化和/或蓄电池模块的充电状态而放电。相反地，在存在高的充电状态时激活快速放电装置并且蓄电池尽可能快地放电。当充电状态在常规的充电状态的80%和100%之间时存在对于蓄电池模块的高的充电状态的示例性的值。在蓄电池模块常规的工作中，大约NX4.2伏的一个电压位于蓄电池模块的连接端之间，其中N对应于在蓄电池模块中串联连接的蓄电池单元的数量。当充电状态低于在常规的充电状态的40%和80%之间的值时，存在对于蓄电池模块的低的充电状态的示例性的值。在这种情况下，在O伏和NX3伏之间的一个电压位于蓄电池模块的连接端之间，其中，N对应于在蓄电池模块中串联连接的蓄电池单元的数量。
[0014]根据本发明的另一个有利的实施方式，如果蓄电池模块几乎完全放电，在放电后去激活放电装置和/或去激活快速放电装置；电流旁路保持激活。保持电流旁路的激活使得损坏的蓄电池模块不再能够被充电，而两极的电流能够通过电流旁路流通。
[0015]根据本发明的另一个有利的设计方案，对于本质安全的蓄电池模块设置了至少一个用于获取蓄电池模块的物理的量的传感装置(S)以用于确定蓄电池模块的当前的状态。
[0016]优选地，依据本发明的方法或者对应的装置或者控制装置以及对应的本质安全的蓄电池模块至少在车辆技术或者能量技术中得到应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]在下面的段落中将根据多个实施例解释本发明，通过该多个实施例能够得到其他的发明的特征，但是本发明不限制在这些实施例的范围内。这些实施例示于附图中。其中:
[0018]图1示出了本质安全的蓄电池模块的示意图；
[0019]图2示出了用于在使用本质安全的蓄电池模块时根据能够推断出蓄电池模块的压力状态的特征量来提高安全性的方法的示意图；以及
[0020]图3示出了本质安全的蓄电池模块的基本电路图，该基本电路图适用于根据能够推断出蓄电池模块的压力状态的特征量来引起蓄电池模块的安全状态。
【具体实施方式】
[0021]在图1中示意性地示出了本质安全的蓄电池模块EB。在本质安全的蓄电池模块EB中不断地检查和评估蓄电池模块的当前的状态会，并且引起蓄电池模块的安全状态。所引起的蓄电池模块的安全状态涉及这样的状态，在该状态中减小损坏的蓄电池模块的影响和/或降低蓄电池模块的损坏的概率。为了实现这个目的，本质安全的蓄电池模块具有例如合适的传感器概念和执行装置概念以实现本质安全。
[0022]本质安全的蓄电池模块EB包括至少一个单元模块Z，该单元模块Z包括至少一个蓄电池单元BZ。该至少一个蓄电池单元BZ由机械的部件和至少一个电化学的部件组成。该电化学的部件又被称为本质安全的蓄电池模块EB的化学系统。该至少一个蓄电池单元BZ示例性地涉及锂-离子蓄电池单元。优选地还包括传感装置S，通过该传感装置至少能够获取该本质安全的蓄电池模块EB的电压或者电流，借助该电流本质安全的蓄电池模块EB能够进行放电或者充电。优选地，此外还包括至少一个部件BEP，该部件BEP用来进行蓄电池状态识别或者对本质安全的蓄电池模块EB的蓄电池状态进行预测或者对本质安全的蓄电池模块EB的蓄电池状态量进行识别或预测。优选地，此外还包括用于引起本质安全的蓄电池模块EB的安全状态的执行装置Al ;借助执行装置Al，优选至少一个连接在本质安全的蓄电池模块EB的电的连接端之间的未示出的电流旁路或者未示出的放电装置，特别是放电设备，或者未示出的快速放电设备，特别是超快放电设备应用到本质安全的蓄电池模块EB的范围内。为了实现该应用目的，放电装置或者快速放电装置于是与本质安全的蓄电池模块EB的连接端电连接。
[0023]如果本质安全的蓄电池模块EB的电的连接端之间的电流旁路接通，则电流能够在本质安全的蓄电池模块EB的电的连接端间之流动，而该电流不会流经本质安全的蓄电池模块EB的至少一个蓄电池单元BZ的电化学部件。该电流旁路也能够在至少一个蓄电池单元BZ的连接端之间接通。
[0024]优选地还包括执行装置A2;借助执行装置A2，本质安全的蓄电池模块EB的输出电压至少能够被控制或者在其高度上进行变化。
[0025]在图2中示意性地示出了用于在使用本质安全的蓄电池模块EB时提升安全性的方法。通过方法步骤11中引入该方法。在接下来的阈值比较步骤22中如下内容将得到检查，即特征量是否达到或者超过阈值。特征量和阈值优选地涉及在本质安全的蓄电池模块EB内部的压力或者在本质安全的蓄电池模块EB内部的压力的随时间的变化。如果特征量既未达到也未超过阈值，则阈值比较步骤22将会被重复。
[0026]如果特征量达到或者超过阈值，在紧接着的电流旁路步骤33中激活在本质安全的蓄电池模块EB的范围内的电流旁路，使得该本质安全的蓄电池模块EB非不受控地放电。然后在充电状态检查步骤44中检查本质安全的蓄电池模块EB的充电状态是否过高。当本质安全的蓄电池模块EB的充电状态过高时，在快速放电装置步骤55中激活快速放电装置，特别是超快放电设备，使得本质安全的蓄电池模块EB最大程度地并且尽可能快地放电。在之后的结束步骤66中结束该方法。
[0027]相反地，如果本质安全的蓄电池模块EB的充电状态不是过高时，则在放电装置步骤77中激活放电装置，特别是放电设备，使得本质安全的蓄电池模块EB最大程度地放电。在随后的结束步骤66中结束该方法。
[0028]优选地，所有在上述的方法步骤里描述的本质安全的蓄电池模块EB的状态量例如通过传感装置S的帮助获取。为了蓄电池状态识别，对状态量的检查和评估优选地通过构件BEP执行。在上述方法步骤中执行的驱动过程例如借助执行装置Al、A2来实现。
[0029]能够使用另外的、位于本质安全的蓄电池模块EB之外的传感器来替代为本质安全的蓄电池模块EB的组成部分的传感装置S，以获取本质安全的蓄电池模块EB的状态量。这里示例性地能够涉及多个传感器，该多个传感器属于车辆的装置，在该车辆中应用本质安全的蓄电池模块EB。例如这里示例性地能够涉及属于车辆的装备的传感器，在该车辆中应用本质安全的蓄电池模块EB。示例性地能够涉及用于确定例如压力或者温度的物理的量的传感器。
[0030]本质安全的蓄电池模块EB的应用在车辆技术和能量技术中是可能的。
[0031]在图3中示出了本质安全的蓄电池模块EB的基本电路图。
[0032]在该基本结构图中示出了单元模块Z、单元监控电子元件CSC和模块监控电子元件 MSC。
[0033]单元模块Z包括至少一个蓄电池单元BZ。该至少一个蓄电池单元BZ例如涉及锂-离子蓄电池单元。
[0034]单元监控电子元件CSC包括在图1的说明中所述的传感装置S以获取至少一个蓄电池单元BZ的状态。单元监控电子元件CSC用于在单元模块Z内监控至少一个蓄电池单元BZ。
[0035]模块监控电子元件MSC与单元监控电子元件CSC进行通信。在单元监控电子元件CSC和模块监控电子元件MSC之间的通信能够以无线的方式或者通过通信导线KL以有线的方式实现。在模块监控电子元件MSC和单元监控电子元件CSC之间的通信范围内传输关于至少一个蓄电池单元BZ的数据。此外，模块监控电子元件MSC具有传感装置S以对单元模块Z进行监控。
[0036]模块监控电子元件MSC能够依据至少一个蓄电池单元BZ或者单元模块Z的状态动作。为了达到这个目的，模块监控电子元件MSC包括至少两个可接通和可断开的半导体阀门HVl和HV2以及两个二极管Dl和D2。每个可断开的半导体阀门和二极管构成半桥装置。上面的包括HVl和Dl的半桥装置用符号H。标记，下面的包括HV2和D2的半桥装置用符号Hu标记。上面的半桥装置和下面的半桥装置构成了可控制的功率开关L。
[0037]在正常情况下，例如在本质安全的蓄电池模块EB的常规运行状态下，上面的半桥装置H。是接通的，下面的半桥装置Hu是断开的。在这种状态下，单元监控电子元件CSC在至少两个蓄电池单元BZ之间执行充电补偿。
[0038]如果模块监控电子元件MSC根据能够推断出本质安全的蓄电池模块EB的压力状态的状态量识别出电流旁路必须放置在本质安全的蓄电池模块EB的范围内，则上面的半桥装置H。断开并且下面的半桥装置Hu接通。流经单元模块Z的电流于是流过下面的半桥装置Hu。
[0039]如果模块监控电子元件MSC根据能够推断出本质安全的蓄电池模块EB的压力状态的状态量识别出放电装置或者快速放电装置必须应用在本质安全的蓄电池模块EB的范围内，则上面的半桥装置H。断开并且下面的半桥装置Hu接通。流经单元模块Z的电流于是流过下面的半桥装置Hu。
[0040]除了在图3中所描述的蓄电池单元的监控之外，借助单元监控电子元件，通过任意一个分配给至少一个蓄电池单元BZ的单元监控电子元件CSC实现蓄电池单元自身的监控是可行的。为此，每个蓄电池单元BZ都会分配到自身的下级单元监控电子元件。该下级单元监控电子元件与主单元监控电子元件进行通信。该主单元监控电子元件与模块监控电子元件MSC进行通信，该模块监控电子元件MSC此外依据由主单元监控电子元件传来的信息动作。
【权利要求】
1.一种用于引起蓄电池模块的安全状态的方法，其中，不断地检查和评估所述蓄电池模块的当前的状态并且待引起的所述蓄电池模块的所述安全状态涉及这样的状态，在所述状态中减小损坏的蓄电池模块的影响和/或降低所述蓄电池模块的损坏的概率， 其特征在于， 根据能够推断出所述蓄电池模块的压力状态的特征量来实现所述安全状态的引起。
2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 能够推断出所述蓄电池模块的压力状态的所述特征量涉及: -在所述蓄电池模块内部的压力；和/或 -在所述蓄电池模块内部的所述压力的随时间的变化。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于，为了引起所述蓄电池模块的所述安全状态而实施所述特征量与阈值的比较并且对于所述特征量到达或者超过所述阈值的情况，其中，用于在所述蓄电池内部的过高的压力的示例性的阈值能够位于2巴和8巴之间，尤其是位于3巴和7巴之间，则根据所述蓄电池模块的充电状态和/或所述蓄电池模块内部的所述压力和/或所述蓄电池模块的老化程度，-激活电流旁路并且所述蓄 电池模块不充电，以及 -根据所述充电状态来激活放电装置并且放电所述蓄电池模块，以使得所述蓄电池模块尽可能快地转入最大程度地完全放电的状态。
4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 对于所述特征量达到或者超过所述阈值的情况，并且在存在低的充电状态时，激活所述放电装置并且所述蓄电池池模块根据在所述蓄电池模块内部的所述压力和/或在所述蓄电池模块内部的温度和/或在所述蓄电池模块内部的所述温度的随时间的变化和/或所述蓄电池模块的所述充电状态而放电，在存在高的充电状态时，激活快速放电装置并且所述蓄电池尽可能快地放电，其中，当所述充电状态在常规的充电状态的80%和100%之间时示例性地存在所述蓄电池模块的高的充电状态，而当所述充电状态低于在所述常规的充电状态的40%和80%之间的值时则存在所述蓄电池模块的低的充电状态。
5.根据权利要求3或4所述的方法， 其特征在于， 倘若所述蓄电池模块被完全放电，则在所述放电结束后并且根据在所述蓄电池模块内部的所述压力去激活所述放电装置。
6.一种用于本质安全的蓄电池模块(EB)的控制装置，所述控制装置适用于引起所述蓄电池模块的安全状态，其中，不断地检查和评估所述蓄电池模块的当前的状态并且所引起的所述蓄电池模块的所述安全状态涉及这样的状态，在所述状态中减少损坏的所述蓄电池模块的影响和/或降低所述蓄电池模块的损坏的概率， 其特征在于， 设置用于根据能够推断出所述蓄电池模块的压力状态的特征量来引起所述安全状态的装置，尤其是在执行根据上述权利要求中任一项所述的方法的情况下。
7.—种本质安全的蓄电池模块(EB), 其特征在于， 设置根据权利要求6所述的控制装置。
8.根据权利要求7所述的本质安全的蓄电池模块(EB)， 其特征在于， 为了确定所述蓄电池模块的当前的状态设置至少一个用于获取所述蓄电池模块的物理量的传感装置(S)。
9.根据权利要求7所述的本质安全的蓄电池模块(EB)， 其特征在于， 为了引起所述蓄电池模块的所述安全状态设置至少一个用于放置电流旁路的装置和放电装置，尤其是放电设备，以及快速放电装置，尤其是超快放电设备。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法和/或根据权利要求6至9中任一项所述的装置和/或根据权利要求6所述的控制装置和/或根据权利要求7至9中任一项所述的本质安全的蓄电池 模块(EB)在车辆技术中和/或在能量技术中的应用。
【文档编号】H01M10/48GK104051801SQ201410094035
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2013年3月15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