一種蓄電池系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有多個(gè)蓄電池單池(10)和一個(gè)蓄電池管理單元的蓄電池系統(tǒng)(100)。蓄電池管理單元包括多個(gè)獲取裝置(26-1、26-2)和多個(gè)監(jiān)控裝置(32-1、32-4、36)，其中，多個(gè)獲取裝置(26-1、26-2)中的每個(gè)分別配置有多個(gè)蓄電池單池(10-1、10-6；10-7、10-12)并且多個(gè)獲取裝置(26-1、26-2)中的每個(gè)被構(gòu)造用于獲取其所配屬的蓄電池單池(10-1、10-6；10-7、10-12)的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)，并且其中，多個(gè)監(jiān)控裝置(32-2)中的每個(gè)分別配置有多個(gè)蓄電池單池(10-4、10-9)并且多個(gè)監(jiān)控裝置(32-2)中的每個(gè)被構(gòu)造用于監(jiān)控其所配屬的蓄電池單池(10-4、10-9)的運(yùn)行參數(shù)。分別配置給多個(gè)監(jiān)控裝置中的一個(gè)(32-2)的多個(gè)蓄電池單池(10-4、10-9)配置有至少兩個(gè)獲取裝置(26-1、26-2)。
【專利說明】一種蓄電池系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種蓄電池系統(tǒng)以及一種具有依據(jù)本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車。

【背景技術(shù)】
[0002]已經(jīng)表明，未來無論是在靜態(tài)的應(yīng)用(例如在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備)中還是在車輛內(nèi)(例如在混合動(dòng)力車輛和電動(dòng)車輛)越來越多地應(yīng)用蓄電池系統(tǒng)，對(duì)這樣的蓄電池系統(tǒng)在可靠性方面提出了特別高的要求。
[0003]所述高要求的背景在于蓄電池的故障能夠?qū)е抡麄€(gè)系統(tǒng)的的故障。例如在一臺(tái)電動(dòng)車輛中牽引蓄電池的故障會(huì)導(dǎo)致“趴窩”。此外，蓄電池的故障能夠?qū)е屡c安全相關(guān)的問題。例如在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中使用蓄電池，以便在強(qiáng)風(fēng)的情況下通過轉(zhuǎn)子葉片調(diào)節(jié)來保護(hù)設(shè)備免于出現(xiàn)不允許的狀態(tài)。
[0004]在附圖1中所示為依照現(xiàn)今的現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)蓄電池系統(tǒng)的原理圖。一個(gè)總體上用100標(biāo)記的蓄電池系統(tǒng)包括多個(gè)蓄電池單池10和一個(gè)充電和分離裝置12，所述充電和分離裝置包括一個(gè)斷路開關(guān)14, 一個(gè)充電開關(guān)16和一個(gè)充電電阻18。此外,蓄電池系統(tǒng)100還包括一個(gè)具有斷路開關(guān)22的分離裝置20。
[0005]為了保障蓄電池系統(tǒng)100的安全運(yùn)行強(qiáng)制性地要求每個(gè)蓄電池單池10在允許的運(yùn)行范圍之內(nèi)(電壓范圍，溫度范圍，電流極限)運(yùn)行。如果一個(gè)蓄電池單池10處于極限值之外，則必須將其從單池復(fù)合結(jié)構(gòu)中取出。因此，在蓄電池單池10的串聯(lián)電路的情況下(如附圖1所示)單個(gè)的蓄電池單池10的故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)蓄電池系統(tǒng)100的故障。
[0006]鋰離子工藝或鎳金屬氫化物技術(shù)的蓄電池尤其是應(yīng)用在混合動(dòng)力車輛和電動(dòng)車輛中，該些蓄電池具有大量的串聯(lián)連接的電化學(xué)的蓄電池單池。蓄電池管理單元被用于監(jiān)控蓄電池，并且除了安全監(jiān)控之外還應(yīng)保證盡可能高的使用壽命。此外，每個(gè)蓄電池單池的電壓與蓄電池電壓和蓄電池電流一起被測(cè)量并進(jìn)行狀態(tài)估測(cè)(例如蓄電池的充電狀態(tài)和老化狀態(tài))。已經(jīng)分析的數(shù)據(jù)被傳送給執(zhí)行器，所述執(zhí)行器能夠糾正地作用于單池(例如通過充電均衡或恒溫處理)。同時(shí)蓄電池管理單元向使用者提供有關(guān)蓄電池狀態(tài)的最新信息。為了將使用壽命最大化，每時(shí)每刻都了解蓄電池的當(dāng)時(shí)的已有的最大能力，即最大可輸出和接收的電功率是有幫助的。如果所述能力被超過，則可能會(huì)很強(qiáng)地加速蓄電池的老化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]按照本發(fā)明將提供一種具有多個(gè)蓄電池單池和蓄電池管理單元的蓄電池系統(tǒng)。所述蓄電池系統(tǒng)優(yōu)選是鋰離子蓄電池系統(tǒng)。
[0008]蓄電池管理單元包括多個(gè)獲取裝置以及多個(gè)監(jiān)控裝置。多個(gè)獲取裝置中的每個(gè)分別配置有多個(gè)蓄電池單池。多個(gè)獲取裝置中的每個(gè)被構(gòu)造用于獲取其所配屬的蓄電池單池的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)。同樣地，多個(gè)監(jiān)控裝置中的每個(gè)分別配置有多個(gè)蓄電池單池。多個(gè)監(jiān)控裝置中的每個(gè)被構(gòu)造用于監(jiān)控其所配屬的蓄電池單池的運(yùn)行參數(shù)。
[0009]分別配置給一個(gè)監(jiān)控裝置的多個(gè)蓄電池單池配置有至少兩個(gè)獲取裝置。通過這種配置規(guī)則將實(shí)現(xiàn)蓄電池單池的監(jiān)控的優(yōu)化和蓄電池系統(tǒng)的可使用性的改善。這是通過下述進(jìn)行:在其中的一個(gè)獲取裝置內(nèi)出現(xiàn)故障的情況下有缺陷的獲取裝置雖然不再能夠確定單個(gè)的蓄電池單池的運(yùn)行參數(shù)，但是通過至少一個(gè)限制地配置的監(jiān)控裝置能夠獲取有關(guān)缺失的測(cè)量數(shù)據(jù)的信息。概括地講本發(fā)明的目標(biāo)在于，不給監(jiān)控裝置和獲取裝置配置同樣的系統(tǒng)極限值，由此通過監(jiān)控裝置可以實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確地估測(cè)運(yùn)行參數(shù)以及整個(gè)系統(tǒng)的更高的可靠性和安全性。
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中規(guī)定，多個(gè)獲取裝置中的至少一個(gè)被構(gòu)造用于獲取配屬于所述多個(gè)獲取裝置的每個(gè)蓄電池單池的運(yùn)行參數(shù)。在這里尤其涉及每個(gè)蓄電池單池上的單個(gè)電壓。此外優(yōu)選，形成至少一個(gè)監(jiān)控裝置，以便求取全部配屬于所述監(jiān)控裝置的蓄電池單池的運(yùn)行參數(shù)的數(shù)值的總和。在這里可以尤其涉及全體配屬于所述監(jiān)控裝置的蓄電池單池上的總電壓。
[0011]通過分別給多個(gè)獲取裝置中的至少一些分配偶數(shù)的蓄電池單池實(shí)現(xiàn)特別對(duì)稱地分配或配置蓄電池單池。在這里現(xiàn)在分別將獲取裝置的一半數(shù)量的蓄電池單池精確地分配給其中一個(gè)監(jiān)控裝置。此外實(shí)際上規(guī)定，多個(gè)蓄電池單池分組成多個(gè)蓄電池模塊。在這里一個(gè)蓄電池模塊的蓄電池單池可能分配給其中的每個(gè)獲取裝置。
[0012]通過將那些被分配給兩個(gè)或多個(gè)獲取裝置的蓄電池單池分配給多個(gè)監(jiān)控裝置中的至少一些能夠?qū)崿F(xiàn)跨系統(tǒng)的監(jiān)控。
[0013]通常給多個(gè)獲取裝置中的至少一些分配相同數(shù)量的蓄電池單池。類似情況也適用于監(jiān)控裝置。
[0014]最后，獲取裝置能夠是一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組件，也能夠選擇監(jiān)控裝置與所述獲取裝置連接。
[0015]按照本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)不必一定呈緊湊型結(jié)構(gòu)，而本發(fā)明的另一方面涉及一種具有多個(gè)蓄電池單池和一個(gè)蓄電池管理單元的蓄電池，所述蓄電池作為緊湊型的裝置具有上述按照本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的技術(shù)特征。
[0016]本發(fā)明的另一方面涉及一種機(jī)動(dòng)車，所述機(jī)動(dòng)車具有按照本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)。
[0017]總體上通過使用多個(gè)獲取裝置和監(jiān)控裝置實(shí)現(xiàn)，提供在一個(gè)或多個(gè)蓄電池單池出現(xiàn)故障的情況下仍然能夠繼續(xù)安全地運(yùn)行的蓄電池系統(tǒng)。盡管與常規(guī)運(yùn)行相比較蓄電池系統(tǒng)因存在缺陷其能力能夠受到限制。但是如果蓄電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)適當(dāng)，能夠避免系統(tǒng)故障或蓄電池系統(tǒng)的危及安全的狀態(tài)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]借助附圖和后面的說明對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。其中:
[0019]圖1示出了按照【背景技術(shù)】的蓄電池系統(tǒng)，
[0020]圖2示出了具有多個(gè)獲取裝置的蓄電池系統(tǒng)，
[0021]圖3示出了按照【背景技術(shù)】的多個(gè)蓄電池單池相對(duì)多個(gè)獲取裝置和監(jiān)控裝置的配置情況，
[0022]圖4示出了按照本發(fā)明的一種實(shí)施方式的多個(gè)蓄電池單池相對(duì)多個(gè)獲取裝置和監(jiān)控裝置的配置情況。

【具體實(shí)施方式】
[0023]圖2所示為蓄電池系統(tǒng)100，在其中大量的蓄電池單池10串聯(lián)連接并且合并成大量的模塊24。一個(gè)模塊24包括預(yù)先確定的數(shù)量的蓄電池單池10，該些蓄電池單池的數(shù)量典型地在6和12個(gè)之間。獲取裝置26分別測(cè)量每個(gè)蓄電池單池10的電壓并將電壓值傳輸給一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線28，一個(gè)分析單元30與該現(xiàn)場(chǎng)總線連接。分析單元30能夠控制一個(gè)高壓-接觸器以保護(hù)蓄電池系統(tǒng)100。附圖2中的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)28通過總線-拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)聯(lián)網(wǎng)并使用CAN(控制局域網(wǎng))_協(xié)議。
[0024]此外，大量的監(jiān)控裝置32與現(xiàn)場(chǎng)總線28連接(在附圖2中只顯示其中一個(gè)監(jiān)控裝置)。多個(gè)監(jiān)控裝置32各自具有一個(gè)比較器34，所述比較器將一個(gè)模塊24上的電壓與一個(gè)預(yù)先確定的電壓閾值Vs相比較。
[0025]如果在模塊24上面測(cè)量的電壓超過電壓閾值Vs，則向現(xiàn)場(chǎng)總線28傳輸一個(gè)報(bào)警信號(hào)。此外，如果低于另一個(gè)預(yù)先確定的電壓閾值，也能夠向現(xiàn)場(chǎng)總線28傳輸一個(gè)信號(hào)。
[0026]蓄電池系統(tǒng)100的全部監(jiān)控裝置32都能夠與一個(gè)邏輯-或門連接，一旦其中一個(gè)監(jiān)控裝置32觸發(fā)報(bào)警，該邏輯-或門觸發(fā)一個(gè)總報(bào)警。
[0027]圖3所示為大量的蓄電池單池相對(duì)于獲取裝置和監(jiān)控裝置的配置情況，
[0028]這從【背景技術(shù)】中已知。大量的蓄電池單池10-1...、10-12被分組成多個(gè)蓄電池模塊24-1、24-2。與在附圖2中示出的排列相反，獲取裝置26-1、26-2被分配給多個(gè)蓄電池模塊24-1、24-2的多個(gè)蓄電池單池10。更準(zhǔn)確地講，例如獲取裝置26-1被分配六個(gè)蓄電池單池10-1...、10-6并且是為了獲取其所配屬的每個(gè)蓄電池單池10-1...、10-6上的單個(gè)的電壓而形成。獲取裝置26-1由此能夠獲取六個(gè)單個(gè)的電壓。每個(gè)監(jiān)控裝置32-1、32-2、32-3同樣被準(zhǔn)確地分配給多個(gè)蓄電池模塊24-1、24-2、24-3的多個(gè)蓄電池單池10并且由此具有同獲取裝置26-1、26-2、26-3 —樣的系統(tǒng)極限。每個(gè)監(jiān)控裝置32-1、32_2、32_3是為了確定總電壓而形成，該總電壓分別位于其所配屬的蓄電池模塊24-1、24-2、24-3上。這導(dǎo)致，當(dāng)其中一個(gè)獲取裝置26-1、26-2、26-3出現(xiàn)故障的時(shí)候只能確定在其內(nèi)發(fā)生技術(shù)故障的蓄電池模塊的總電壓。不能獲取所述模塊內(nèi)有關(guān)單個(gè)電壓的信息，這是因?yàn)樵讷@取裝置26-1、26-2,26-3與監(jiān)控裝置32-1、32-2、32-3是一對(duì)一的配置方式。
[0029]因此，按照本發(fā)明提供一種改進(jìn)的大量的蓄電池單池相對(duì)獲取裝置和監(jiān)控裝置的配置，如附圖4所示。在這里監(jiān)控裝置32-1...,32-4相對(duì)獲取裝置26-1、26-2、26-3受限制地布置，以至于它們不再具有相同的系統(tǒng)極限。更準(zhǔn)確地講每個(gè)監(jiān)控裝置32被分別配置給一個(gè)蓄電池模塊的一半以及相鄰的蓄電池模塊的另一半。例如監(jiān)控裝置32-2被分配給多個(gè)蓄電池單池10-4.....10-9，該些蓄電池單池又被分配給蓄電池模塊24-1和24-2和獲取裝置26-1和26-2。當(dāng)獲取裝置26-2發(fā)生故障時(shí)能夠通過測(cè)量值或來自監(jiān)控裝置32_2、32-3的其它信息提供有關(guān)單個(gè)的蓄電池單池10-7...,10-12上的單個(gè)的電壓的信息。
[0030]設(shè)置另一個(gè)監(jiān)控裝置36，該監(jiān)控裝置被分配給兩個(gè)蓄電池模塊24-1、24_2的蓄電池單池10-1、...、10-12。如果目前設(shè)置大量的監(jiān)控裝置32-1、...、32-4、36，該些監(jiān)控裝置分別為各組的蓄電池單池10提供信息，則能夠通過一個(gè)未示出的控制設(shè)備收集有關(guān)各個(gè)蓄電池單池的信息。
【權(quán)利要求】
1.蓄電池系統(tǒng)(100)，其具有多個(gè)蓄電池單池(10-1、...,10-12)和一個(gè)蓄電池管理單元，其中，所述蓄電池管理單元包括多個(gè)獲取裝置(26-1、26-2)和多個(gè)監(jiān)控裝置(32-1.....32-4、36)，其中，所述多個(gè)獲取裝置(26_1、26_2)中的每個(gè)分別配置有多個(gè)蓄電池單池(10-1、...,10-6 ;10-7、...、10-12)并且所述多個(gè)獲取裝置(26-1,26-2)中的每個(gè)被構(gòu)造用于獲取其所配屬的蓄電池單池(10-1、...>10-6 ;10-7、...、10-12)的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)，并且其中，所述多個(gè)監(jiān)控裝置(32-2)中的每個(gè)分別配置有多個(gè)蓄電池單池(10-4.....10-9)并且所述多個(gè)監(jiān)控裝置(32-2)中的每個(gè)被構(gòu)造用于監(jiān)控其所配屬的蓄電池單池(10-4.....10-9)的運(yùn)行參數(shù)，其特征在于，分別配置給所述多個(gè)監(jiān)控裝置(32-2)中的一個(gè)的多個(gè)蓄電池單池(10-4、...、10-9)配置有至少兩個(gè)獲取裝置(26_1、26-2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)蓄電池單池(10-1.....10-12)串聯(lián)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蓄電池系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)獲取裝置(26-1、26-2)中的至少一個(gè)被構(gòu)造用于獲取其所配屬的所述多個(gè)蓄電池單池(10-1.....10-6 ；10-7.....10-12)中的每個(gè)單個(gè)的蓄電池單池的所述運(yùn)行參數(shù)，尤其是獲取施加在其所配屬的所述多個(gè)蓄電池單池(10-1、...,10-6 ;10-7、...,10-12)中的每個(gè)單個(gè)的蓄電池單池之上的電壓。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)監(jiān)控裝置(32-2)中的至少一個(gè)被構(gòu)造用于監(jiān)控全部其所配屬的蓄電池單池(10-4.....10-9)的運(yùn)行參數(shù)的數(shù)值的總和，尤其是監(jiān)控施加在其所配屬的多個(gè)蓄電池單池(10-4.....10-9)的整體之上的總電壓。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池系統(tǒng)，其中，分別為多個(gè)獲取裝置(26-1、26-2)中的至少一些配屬偶數(shù)的蓄電池單池(10-1、...,10-6 ;10-7、...、10-12)，從中分別將一半的蓄電池單池(10-1、...,10-6 ;10-7、...,10-12)配屬給所述多個(gè)監(jiān)控裝置(32-2)中的一個(gè)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)蓄電池單池(10-1、...、10-12)分組成多個(gè)蓄電池模塊(24-1、24-2)，并且其中，多個(gè)獲取裝置(26-1,26-2)中的每個(gè)配屬有一個(gè)蓄電池模塊(24-1、24-2)的多個(gè)蓄電池單池(10_1、...,10-6 ；10-7、...、10-12)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池系統(tǒng)，其中，配屬有至少兩個(gè)獲取裝置(26-1,26-2)的所述多個(gè)蓄電池單池(10-1、...,10-12)配屬有所述多個(gè)監(jiān)控裝置(36)中的至少一個(gè)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池系統(tǒng)，其中，給所述多個(gè)獲取裝置(26-1、26-2)中的至少一些和/或所述多個(gè)監(jiān)控裝置(32-1、32-2、32-3)中的至少一些分別配屬相同數(shù)量的蓄電池單池(10-1、...、10-12)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)獲取裝置(26-1、26-2)和/或所述多個(gè)監(jiān)控裝置(32-1、...>32-4,36)是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(28)的組件。
10.一種蓄電池，其具有多個(gè)蓄電池單池(10-1.....10-12)和一個(gè)蓄電池管理單元，其中，所述蓄電池形成根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池系統(tǒng)。
11.一種機(jī)動(dòng)車，其具有根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的蓄電池系統(tǒng)(100)或根據(jù)權(quán)利要求10所述的蓄電池，其中，所述蓄電池系統(tǒng)(100)或所述蓄電池與所述機(jī)動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連 接。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK104137323SQ201280050954
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月18日
【發(fā)明者】M·朗 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會(huì)社