車輛電池和用于運(yùn)行這種電池的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于車輛的具有多個(gè)電池單體（12）的電池（10），所述電池單體形成了單體組（14）。在電池（10）的運(yùn)行中通過(guò)至少一個(gè)線路（16、18）能把電能從單體組（14）中取出或引入該單體組（14）中。至少一個(gè)監(jiān)視設(shè)備，尤其是光耦合器（34）用于監(jiān)視存在于至所述電池（10）的另外的部件（20、24、52、58）的至少一個(gè)線路（16、18）的至少一個(gè)可拆松的連接位置（28、30、32、54、56）的電阻，其中監(jiān)視設(shè)備（34）在并聯(lián)支路（38）中連接至連接位置（28、30、32、54、56）。此外，本發(fā)明還涉及一種用于運(yùn)行這種電池（10）的方法。通過(guò)監(jiān)視連接位置（28、30、32、54、56）的電阻能避免電池（10）的局部過(guò)熱。
【專利說(shuō)明】車輛電池和用于運(yùn)行這種電池的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于車輛的具有多個(gè)電池單體的電池，所述電池單體形成了單體組。在電池的運(yùn)行中通過(guò)至少一個(gè)線路能從單體組中引出電能或?qū)㈦娔芤朐搯误w組中。此外，本發(fā)明還涉及一種用于運(yùn)行這種電池的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)用于車輛的高壓電池——尤其是基于鋰離子的動(dòng)力電池——來(lái)說(shuō)，當(dāng)強(qiáng)烈升溫時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的功能損害或者甚至出現(xiàn)對(duì)人的傷害。為了避免出現(xiàn)局部的大的熱形成，在電池內(nèi)部謹(jǐn)慎地進(jìn)行線路的可拆松連接。因此當(dāng)旋緊連接位置時(shí)注意保持預(yù)定的螺緊力矩。對(duì)夾緊連接或卡扣連接來(lái)說(shuō)，要使用高質(zhì)量的電纜接頭和插塞接頭，以實(shí)現(xiàn)具有特別小的電阻的可拆松連接。由此要確保:即使在輸出高電流強(qiáng)度的電流和高功率的電池的惡劣的運(yùn)行條件下，在其整個(gè)壽命中也盡可能不出現(xiàn)局部過(guò)熱。例如，這種過(guò)熱會(huì)出現(xiàn)在變得松動(dòng)的連接位置處。
[0003]JP09 035 753A描述了一種用于電池的電路布置，其中第一電壓表測(cè)量在兩個(gè)與兩個(gè)電池電級(jí)連接的連接器引腳之間流經(jīng)測(cè)量電阻的電流。第二電壓表通過(guò)兩個(gè)另外的同樣與兩個(gè)電池電級(jí)耦聯(lián)的連接器引腳獲取存在于這兩個(gè)連接器引腳上的電壓。因此，能確定連接器引腳的接觸電阻。這種用于借助于兩個(gè)電壓表獲取接觸電阻的電路布置花費(fèi)極大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的目的在于，實(shí)現(xiàn)前述類型的電池以及方法，這種電池或方法簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)了電池的特別可靠的運(yùn)行。
[0005]該目的通過(guò)具有權(quán)利要求1所述的特征的電池以及通過(guò)權(quán)利要求10所述的特征的方法實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中給出本發(fā)明的具有合適的改進(jìn)方案的有利的設(shè)計(jì)。
[0006]在根據(jù)本發(fā)明的電池中，為監(jiān)視在至少一個(gè)線路與電池的另外的部件相連接的至少一個(gè)可拆松的連接位置上存在的電阻而設(shè)有至少一個(gè)監(jiān)視設(shè)備，該監(jiān)視設(shè)備連接在一與所述至少一個(gè)連接位置并聯(lián)的并聯(lián)支路中。由此，可以借助于監(jiān)視設(shè)備確定:在線路的連接位置是否出現(xiàn)不允許的高過(guò)渡電阻/節(jié)電阻/接觸電阻，該過(guò)渡電阻隨后可能導(dǎo)致連接位置的不期望的過(guò)熱。
[0007]在動(dòng)力電池——尤其是鋰離子電池——中通常設(shè)置的用于獲取溫度和電參量的單元由于測(cè)量精度不夠高而不適合用于對(duì)在線路的可拆松連接位置處相應(yīng)存在的過(guò)渡電阻進(jìn)行檢測(cè)。例如，在單體組的總電壓為300伏時(shí)，2.5%的測(cè)量偏差會(huì)導(dǎo)致高達(dá)7.5伏的誤差。這種電壓會(huì)導(dǎo)致在線路的可拆松的連接位置的強(qiáng)烈發(fā)熱，而這又不能借助于用于檢測(cè)單體組的電壓測(cè)量單元檢測(cè)出來(lái)。
[0008]通過(guò)此處在可拆松的連接位置上設(shè)置監(jiān)視設(shè)備——該監(jiān)視設(shè)備能檢測(cè)出在可拆松的連接位置上的過(guò)渡電阻升高到超出一允許的高值，當(dāng)電阻超出允許的最高值時(shí)能及時(shí)采取對(duì)策。由此通過(guò)簡(jiǎn)單的方式保證了在電池的壽命中電池的特別可靠的運(yùn)行。
[0009]如果監(jiān)視設(shè)備實(shí)施為模擬式的電壓表，則在高壓電池和以較小電壓運(yùn)行的控制器之間設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器和電勢(shì)隔離點(diǎn)會(huì)帶來(lái)相對(duì)較高的復(fù)雜性和相應(yīng)的成本。
[0010]因此，根據(jù)本發(fā)明的特別有利的設(shè)計(jì)方案，所述至少一個(gè)監(jiān)視設(shè)備包括光耦合器，所述光耦合器的光發(fā)射器與所述連接位置并聯(lián)。如果在線路的可拆松的連接位置上存在很小的過(guò)渡電阻，則在連接位置引導(dǎo)電流的情況下沒(méi)有電流流經(jīng)光耦合器的并聯(lián)支路，且光發(fā)射器不發(fā)射光。然而，如果可拆松的連接位置上的過(guò)渡電阻增大至一不允許的高值，則在連接位置引導(dǎo)電流的情況下在光耦合器的具有光發(fā)射器的并聯(lián)支路上有足夠大的電壓降，從而光發(fā)射器發(fā)出光。所發(fā)出的光便由光耦合器的光傳感器檢測(cè)出并用于產(chǎn)生被檢測(cè)出的信號(hào)。通過(guò)光耦合器以簡(jiǎn)單且價(jià)廉的方式在高壓電池的線路與檢測(cè)信號(hào)的分析單元之間實(shí)現(xiàn)電勢(shì)隔離位置。
[0011]在本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案中，設(shè)置了雙向的光耦合器，從而在電池的充電和放電時(shí)都能檢測(cè)出在線路的可拆松的連接位置上的不允許的高過(guò)渡電阻的出現(xiàn)。
[0012]為了確定出如下電壓值:當(dāng)超過(guò)該電壓值時(shí)光發(fā)射器發(fā)射光，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案可以在光耦合器的光發(fā)射器之前連接有至少一個(gè)電阻元件。所述電阻元件尤其可以是能切換的，從而能改變光發(fā)射器的最小觸發(fā)電平/觸發(fā)閾值。
[0013]也可以僅利用一個(gè)監(jiān)視設(shè)備來(lái)監(jiān)視多個(gè)串聯(lián)的連接位置。為此根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案，監(jiān)視設(shè)備以如下方式連接在與所述線路并聯(lián)的并聯(lián)支路中。因此能利用特別小的花費(fèi)控制如下線路區(qū)域:其中存在多個(gè)連接位置且這多個(gè)連接位置中至少一個(gè)具有不允許的高過(guò)渡電阻。
[0014]還被表明有利的是，至少一個(gè)監(jiān)視設(shè)備與控制設(shè)備耦聯(lián)，借助于該控制設(shè)備能降低從單體組輸出的電能。由此，如果在線路的至少一個(gè)可拆松的連接位置上檢測(cè)到過(guò)高的過(guò)渡電阻，就可以自動(dòng)地使從單體組輸出的電能降低。尤其可以設(shè)計(jì)為，當(dāng)監(jiān)視設(shè)備檢測(cè)到在線路的可拆松的連接位置上存在過(guò)高的電阻值時(shí)，則把單體組的電能輸出減少至零值，即關(guān)掉電池系統(tǒng)。或者也可以，把從單體組輸出的電能減少至一值，該值恰好足以用于車輛的繼續(xù)前進(jìn)，從而使車輛在緊急運(yùn)行中(limp home mode)能行駛回家或至服務(wù)站或工廠。
[0015]在本發(fā)明的另一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案中，電池的另外的部件是線路支路，該線路支路連接至一與單體組的電池電級(jí)耦聯(lián)的連接件。即在這種位置處通常設(shè)置螺紋式或插接式的連接，從而此處監(jiān)視過(guò)渡電阻的可能的升高對(duì)電池的安全運(yùn)行來(lái)說(shuō)是有意義的。
[0016]此外有利的是，所述另外的部件是電池的至少一個(gè)接觸器，其中監(jiān)視設(shè)備連接在與接觸器的單體組側(cè)接頭并聯(lián)的并聯(lián)支路中。通過(guò)這種方式能監(jiān)視從單體組直至接觸器的可靠連接。附加地或替代地，監(jiān)視設(shè)備連接在與接觸器的輸出側(cè)接頭并聯(lián)的并聯(lián)支路中，該接頭與電池的高壓接頭耦聯(lián)。此外還可以在可能升高的過(guò)渡電阻方面監(jiān)視接觸器的該接頭。
[0017]還可以在與包括接觸器的兩個(gè)接頭的接觸器負(fù)荷電流路徑并聯(lián)的并聯(lián)支路中僅布置一個(gè)監(jiān)視設(shè)備。從而既能監(jiān)視接觸器的兩個(gè)接頭的過(guò)渡電阻又能監(jiān)視接觸器的內(nèi)部觸點(diǎn)的過(guò)渡電阻。這樣實(shí)現(xiàn)了:確定出所接入的接觸器的電阻升高至不期望的高值。
[0018]電池的所述另外的部件也可以包括安全插頭，借助于該安全插頭能斷開(kāi)單體組內(nèi)部的電連接。當(dāng)在維修時(shí)需要確保單體組內(nèi)部的電路被斷開(kāi)時(shí)，可以拔出也稱為維修插頭的這種安全插頭。這種安全插頭同樣能具有插接連接或螺紋連接，且在該可拆松的連接位置出現(xiàn)的高過(guò)渡電阻會(huì)導(dǎo)致不期望的過(guò)熱。因此，此處借助于連接在與接觸位置并聯(lián)的并聯(lián)支路中的監(jiān)視設(shè)備對(duì)過(guò)渡電阻進(jìn)行監(jiān)視也是有利的。
[0019]最后已被證明有利的是，電池的所述另外的部件包括與安全插頭耦聯(lián)的或者內(nèi)置在安全插頭中的保險(xiǎn)器(保險(xiǎn)絲)。這種可選的保險(xiǎn)器通常通過(guò)插接連接與安全插頭耦聯(lián)，因此能監(jiān)視其過(guò)渡電阻。
[0020]在根據(jù)本發(fā)明的用于運(yùn)行車輛電池的方法中，多個(gè)電池單體形成單體組，通過(guò)至少一個(gè)線路將電能從單體組引出或?qū)㈦娔芤雴误w組中。在此借助于監(jiān)視設(shè)備監(jiān)視存在于所述至少一個(gè)線路的至少一個(gè)可拆松的連接位置上的電阻，所述監(jiān)視設(shè)備連接在一與所述至少一個(gè)連接位置并聯(lián)的并聯(lián)支路中。由此可以在電池的運(yùn)行中持久地監(jiān)視線路的至少一個(gè)可拆松的連接位置的過(guò)渡電阻，從而當(dāng)電流經(jīng)過(guò)連接位置時(shí)，及時(shí)地識(shí)別出過(guò)渡電阻升高至不允許的高值。這樣實(shí)現(xiàn)了電池的特別安全的運(yùn)行。
[0021]針對(duì)根據(jù)本發(fā)明的電池描述的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)選的實(shí)施方案同樣適用于根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0022]在前述描述中提到的特征和特征組合以及隨后在【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】中提到的和/或僅在附圖中示出的特征和特征組合不僅能以分別給出的組合使用，而且在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下也能以其它組合使用或單獨(dú)地使用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]由權(quán)利要求、隨后對(duì)優(yōu)選實(shí)施方案的描述以及根據(jù)附圖得到本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)。
[0024]附圖極其簡(jiǎn)化地示出用于車輛的高壓電池，其中在高壓電池的電流輸出或電流消耗期間連續(xù)地監(jiān)視在線路的螺紋連接或插接的連接位置上出現(xiàn)的過(guò)渡電阻。
【具體實(shí)施方式】
[0025]用作機(jī)動(dòng)車中動(dòng)力電池的高壓電池10包括多個(gè)電池單體12，這些電池單體形成了一單體組14。相應(yīng)的連接線路16、18使單體組14的電池電級(jí)分別與第一主接觸器20和第二主接觸器24相連接，該第一主接觸器與電池10的正極高壓接頭22耦聯(lián)，第二主接觸器與電池10的負(fù)極高壓接頭26耦聯(lián)。
[0026]第一連接線路16在相應(yīng)的連接位置28處一方面與單體組14的電池電級(jí)耦聯(lián)而另一方面與主接觸器20耦聯(lián)，其中連接位置28可設(shè)計(jì)為螺紋式或插接式的連接部。
[0027]類似的連接位置28確保了第二連接線路18與單體組14的另一電池電級(jí)和第二主接觸器24的連接。另外，相應(yīng)的主接觸器20、24與分派給其的高壓接頭22、26的連接位置30、32設(shè)計(jì)為相應(yīng)的連接線路16、18的螺旋式或插接式的連接部。
[0028]這種連接位置28、30、32例如因?yàn)樗蓜?dòng)或者由于磨損可能具有高的過(guò)渡電阻。這種高的過(guò)渡電阻會(huì)導(dǎo)致不期望的過(guò)熱，過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致電池10的明顯的功能損壞并在最壞的情況下會(huì)導(dǎo)致電池起火。因此在此處監(jiān)視:是否在可拆松的連接位置28、30、32處存在不允許的聞電阻。
[0029]為此設(shè)置了作為監(jiān)視設(shè)備的相應(yīng)的光耦合器34，該光耦合器的發(fā)光二極管36布置在與相應(yīng)的連接位置28、30、32并聯(lián)的支路38中。在此僅示出一個(gè)這種光耦合器34，其例如連接在連接位置32上，但優(yōu)選的是對(duì)所有的連接位置28、30、32相應(yīng)地監(jiān)視過(guò)渡電阻。
[0030]并聯(lián)支路38也可以與串聯(lián)的連接位置28、32并聯(lián)地連接到連接線路38上。則一個(gè)光耦合器34便足以用于既監(jiān)視主接觸器24的兩個(gè)接頭以及設(shè)置在主接觸器24內(nèi)部的觸點(diǎn)。此外，也可以借助于同一個(gè)光耦合器34來(lái)監(jiān)視線路18在與單體組14的電池電級(jí)耦聯(lián)的連接件上的連接位置28。
[0031]尤其當(dāng)需要借助于唯一的光耦合器34監(jiān)視多個(gè)串聯(lián)的連接位置28、32時(shí)，可以在光耦合器34的發(fā)光二極管36之前連接至少一個(gè)電阻元件，以便調(diào)節(jié)發(fā)光二極管36的最小觸發(fā)電平。因此可以設(shè)計(jì)為，當(dāng)并聯(lián)支路38與多個(gè)連接位置28、32并聯(lián)地連接至連接線路18時(shí),只有在光稱合器34的相應(yīng)的發(fā)光二極管36上下降的電壓較高時(shí)該發(fā)光二極管36才發(fā)出光，這與光耦合器34僅監(jiān)視一個(gè)連接位置32時(shí)的情況一樣。
[0032]光耦合器34在此設(shè)計(jì)為雙向的光耦合器34，從而在單體組14充電和放電時(shí)都能檢測(cè)到存在于連接位置32的電阻。當(dāng)連接位置32具有小的過(guò)渡電阻時(shí)，則沒(méi)有電流流經(jīng)相應(yīng)的發(fā)光二極管36。然而，如果連接位置32的過(guò)渡電阻升高至不允許的高值，則在一(未示出的)電阻元件——該電阻元件連接在相應(yīng)的發(fā)光二極管36之前——上下降的電壓高到使發(fā)光二極管36發(fā)光。光耦合器34的光傳感器40檢測(cè)到由發(fā)光二極管36發(fā)射的光并且通過(guò)信號(hào)線路42將一相應(yīng)的信號(hào)發(fā)送至控制器44。隨后，控制器44負(fù)責(zé)使單體組14輸出較少的電能或者不再輸出電能。光耦合器34可以內(nèi)置在控制器44中。
[0033]在輔助線路46中與主接觸器20并聯(lián)地布置有一預(yù)充電接觸器/前充電接觸器48，該預(yù)充電接觸器之前連接有預(yù)充電電阻50。在連接位置28處輔助線路46與連接線路16耦聯(lián)，在連接位置30處該輔助線路與連接線路16的部分連接，該連接線路使主接觸器20與高壓接頭22耦聯(lián)。
[0034]像在此示例性示出的那樣，單體組14可以包括在維修情況下可拔出的安全插頭52，該安全插頭允許斷開(kāi)單體組14內(nèi)部的電連接。安全插頭52的插塞觸點(diǎn)54同樣表現(xiàn)為可拆松的連接位置，可借助一光耦合器34在存在不允許的高過(guò)渡電阻方面監(jiān)視該連接位置。在此，在插塞觸點(diǎn)54處的過(guò)高的電阻導(dǎo)致:監(jiān)視相應(yīng)的插塞觸點(diǎn)54的光耦合器34向控制器44發(fā)送一信號(hào)。以類似方式可以監(jiān)視可拆松的連接位置56，(可選的)保險(xiǎn)器58通過(guò)可拆松的連接位置與安全插頭52耦聯(lián)。
[0035]如果在相對(duì)于兩個(gè)插塞觸點(diǎn)54的并聯(lián)支路中設(shè)置唯一的光耦合器34，則可以利用該光耦合器34確定出:在安全插頭52的范圍內(nèi)所有存在的連接位置56或插塞觸點(diǎn)54處過(guò)高的過(guò)渡電阻的出現(xiàn)。
[0036]通過(guò)在高壓電池10的運(yùn)行中持久地監(jiān)視可拆松的連接位置28、30、32、54處的相關(guān)過(guò)渡電阻，可以確保在高壓電池的壽命中該高壓電池10的特別安全的運(yùn)行。
[0037]此外，當(dāng)在至少一個(gè)連接位置28、30、32、54、56處出現(xiàn)形式為不允許的高電阻的故障時(shí)，降低或禁止單體組14的電功率輸出，從而能可靠地避免電池系統(tǒng)的不期望的過(guò)熱。
【權(quán)利要求】
1.一種用于車輛的電池，所述電池具有多個(gè)電池單體(12)以及至少一個(gè)線路(16、18)，所述多個(gè)電池單體形成單體組(14)，在所述電池(10)的運(yùn)行中通過(guò)所述至少一個(gè)線路能將電能從所述單體組(14)中引出或能將電能引入所述單體組(14)中，其特征在于，設(shè)有至少一個(gè)監(jiān)視設(shè)備(34)用于監(jiān)視在所述至少一個(gè)線路(16、18)與電池(10)的另外的部件(20、24、52、58)相連接的至少一個(gè)可拆松的連接位置(28、30、32、54、56)上存在的電阻，所述監(jiān)視設(shè)備(34)連接在一與所述至少一個(gè)連接位置(28、30、32、54、56 )并聯(lián)的并聯(lián)支路(38)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其特征在于，所述至少一個(gè)監(jiān)視設(shè)備包括光耦合器(34)，所述光耦合器的光發(fā)射器(36)與所述至少一個(gè)連接位置(32)并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池，其特征在于，雙向的光耦合器(34)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電池，其特征在于，在所述光耦合器(34)的光發(fā)射器(36)之前連接有至少一個(gè)電阻元件，借助于所述至少一個(gè)電阻元件能確定一電壓值，當(dāng)超過(guò)該電壓值時(shí)光發(fā)射器(36)發(fā)出光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電池，其特征在于，所述至少一個(gè)監(jiān)視設(shè)備(34)以如下方式連接在與所述線路(16、18)并聯(lián)的并聯(lián)支路(38)中:能監(jiān)視至少兩個(gè)串聯(lián)的連接位置(28、30、32、54、56)的電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的電池，其特征在于，所述至少一個(gè)監(jiān)視設(shè)備(34)與一控制設(shè)備(44)耦聯(lián)，借助于所述控制設(shè)備能使從所述單體組(14)輸出的電能降低，尤其能使所述電能降低至零值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電池，其特征在于，所述另外的部件是電池(10)的至少一個(gè)接觸器(20、24)，其中所述監(jiān)視設(shè)備(34)連接在與 -單體組側(cè)的接觸器(20、24)接頭(28)和/或 -與電池(10)的高壓接頭(22、26)耦聯(lián)的接觸器(20、24)接頭(30、32)和/或 -包括接觸器(20、24)的兩個(gè)接頭(28、30、32)的接觸器(20、24)負(fù)荷電流路徑 并聯(lián)的并聯(lián)支路(38)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的電池，其特征在于，電池(10)的所述另外的部件包括安全插頭(52 )，借助于所述安全插頭能斷開(kāi)所述單體組(14 )內(nèi)部的電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池，其特征在于，電池(10)的所述另外的部件包括與所述安全插頭(52)耦聯(lián)的保險(xiǎn)器(58)。
10.一種用于運(yùn)行車輛電池(10)的方法，在所述電池中多個(gè)電池單體(12)形成單體組(14)，在所述方法中通過(guò)至少一個(gè)線路(16、18)將電能從單體組(14)引出或?qū)㈦娔芄璉入單體組(14)中，其特征在于，借助于監(jiān)視設(shè)備(34)監(jiān)視存在于所述至少一個(gè)線路(16、18)的至少一個(gè)可拆松的連接位置(28、30、32、54、56)上的電阻，所述監(jiān)視設(shè)備(34)連接在一與所述至少一個(gè)連接位置(28、30、32、54、56)并聯(lián)的并聯(lián)支路(38)中。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK103477494SQ201280012194
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月9日
【發(fā)明者】S·阿查默 申請(qǐng)人:奧迪股份公司