本案為申請(qǐng)日為2009年12月15日、申請(qǐng)?zhí)枮?00980156308.2、發(fā)明名稱為“具有更高可靠性的牽引電池”的專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的電池，尤其是牽引電池。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在看來(lái)，在將來(lái)會(huì)越來(lái)越多地使用混合動(dòng)力車(chē)輛和電動(dòng)車(chē)輛。在這些車(chē)輛概念中，對(duì)電池提出了與當(dāng)前12v車(chē)載電網(wǎng)完全不同的要求。在本說(shuō)明書(shū)中將用于混合動(dòng)力車(chē)輛和電動(dòng)車(chē)輛的電池稱作牽引電池，因?yàn)槠溆糜陔婒?qū)動(dòng)裝置的饋給，在圖2中示出了這種電池的電路原理圖。為了實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力車(chē)輛和電動(dòng)車(chē)輛所要求的功率和能量數(shù)據(jù)，將單個(gè)電池單元串聯(lián)地并且部分附加并聯(lián)地連接。用于混合動(dòng)力車(chē)輛的基于鋰離子電池單元的牽引電池例如可以構(gòu)造如下：

整個(gè)牽引電池：

·額定電壓：360v

·容量：4ah

·能量：1440wh

單個(gè)電池單元(鋰離子)

·額定電壓：3.60v

·容量：4ah

·能量：14.4wh

電池由100個(gè)電池單元的串聯(lián)電路組成。

在圖3中示出了用于混合動(dòng)力車(chē)輛和電動(dòng)車(chē)輛的電路原理圖。通過(guò)逆變器16向電動(dòng)機(jī)1饋電。例如在制動(dòng)過(guò)程中，也可以通過(guò)逆變器16將能量反饋到電池15中。逆變器16在其直流電壓側(cè)通常具有平滑電容器，以便緩存輸入電壓。

在圖2中示出的牽引電池除電池單元外還具有其他功能組：

·電池的正極4上的充電與分離裝置3

·電池的負(fù)極8上的分離裝置7

·服務(wù)插接件9

這些功能組具有以下任務(wù)：

借助牽引電池的正極4和負(fù)極8上的分離裝置中的兩個(gè)分離開(kāi)關(guān)，可以在兩個(gè)極上關(guān)斷電池單元。這也稱作電池單元的兩極關(guān)斷。因此，在靜止?fàn)顟B(tài)中或在安全臨界情形中(例如在故障時(shí))可以將電池與車(chē)輛的牽引車(chē)載電網(wǎng)分離并且在行駛狀態(tài)中將電池接入到牽引車(chē)載電網(wǎng)中。

電池的正極上的充電裝置具有以下任務(wù)：在接入牽引電池時(shí)限制牽引車(chē)載電網(wǎng)中的補(bǔ)償電流。在這種接入過(guò)程中，首先閉合電池的負(fù)極8上的分離裝置7中的分離開(kāi)關(guān)和電池4的正極上的充電與分離裝置3中的充電開(kāi)關(guān)。首先打開(kāi)電池4的正極4上的充電與分離裝置3中的分離開(kāi)關(guān)。因此，通過(guò)電池的正極4上的充電與分離裝置3的充電電阻對(duì)逆變器16的平滑電容器進(jìn)行充電。如果逆變器16中的平滑電容器上的電壓幾乎具有串聯(lián)的電池單元的總電壓，則電池的正極4上的充電與分離裝置3中的分離開(kāi)關(guān)閉合。通過(guò)這種處理方式可以如此限制牽引車(chē)載電網(wǎng)中的補(bǔ)償電流，從而不會(huì)以不可靠大小的電流運(yùn)行電池單元以及逆變器16中的平滑電容器。

出于安全的原因，在電池的維護(hù)工作時(shí)，必須拔出服務(wù)插接件9。這例如可以通過(guò)如下方式確保：僅當(dāng)已經(jīng)事先拔出服務(wù)插接件9時(shí)才可以打開(kāi)電池殼體。由此可靠地單極地分離電池單元，即使由于功能故障沒(méi)有斷開(kāi)以上所述的兩個(gè)分離開(kāi)關(guān)。

對(duì)于牽引電池對(duì)其可靠性提出了比現(xiàn)在常用的起動(dòng)器電池明顯更高的要求。背景是：例如在電動(dòng)車(chē)輛中，牽引電池的失效會(huì)導(dǎo)致所謂的“拋錨”。在圖2中示出的牽引電池很難實(shí)現(xiàn)所需的高可用性。其原因在于單個(gè)電池單元的失效導(dǎo)致整個(gè)牽引電池的失效。可以如下求得具有單個(gè)電池單元的串聯(lián)電路的電池的失效率：

失效率牽引電池＝1-(1-失效率電池單元)^{電池單元數(shù)量}(1)

對(duì)于具有100個(gè)在所觀察的時(shí)間間隔中具有100ppm/電池單元的失效率的電池單元的牽引電池：

失效率牽引電池＝1-(1–100ppm)^{電池單元數(shù)量}＝9.95‰(2)

在所觀察的時(shí)間間隔中電池單元的失效率很小的情況下(例如，失效電池單元<1‰)，近似地如下計(jì)算失效率(二項(xiàng)級(jí)數(shù)冪序列展開(kāi)在第一環(huán)節(jié)后斷開(kāi))

失效率牽引電池≈電池單元數(shù)量*失效率電池單元(3)

因此，所觀察的牽引電池的失效率接近于單個(gè)電池單元的失效率的100倍。對(duì)于整個(gè)電池的失效率所要求的值，必須使單個(gè)電池單元的失效率大約小100倍。如果對(duì)于具有100個(gè)串聯(lián)的電池單元的整個(gè)電池在一個(gè)確定的時(shí)間間隔上要求100ppm的失效率，則所述電池單元在所述時(shí)間間隔上必須具有1ppm的失效率。這是極其難以滿足的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)是提高混合動(dòng)力車(chē)輛和電動(dòng)車(chē)輛中的牽引電池的可靠性。在此，牽引電池仍可以向牽引車(chē)載電網(wǎng)提供有限的有效功率。

相比之下，具有權(quán)利要求1的特征的根據(jù)本發(fā)明的裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：牽引電池?cái)U(kuò)展一個(gè)、優(yōu)選兩個(gè)附加的跨接開(kāi)關(guān)，由此可以分別跨接一半電池單元。由此可以在第一電池單元失效時(shí)關(guān)斷相關(guān)的半個(gè)電池1、2。在此，電池的正極4和服務(wù)插接件(服務(wù)插接件連接端子)5的第一輸出端之間的電池單元串聯(lián)電路和電池的負(fù)極8和第二服務(wù)插接件連接端子6之間的電池單元串聯(lián)電路分別稱作半個(gè)電池1、2。在跨接半個(gè)電池時(shí)，具有一半有效功率的電池仍可供牽引車(chē)載電網(wǎng)使用。因此，可以避免拋錨，并且通過(guò)信號(hào)通知駕駛員：在牽引電池中出現(xiàn)需要維修的故障。因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可以一直運(yùn)行電池直到出現(xiàn)第一電池單元失效，而不危及電池的可用性。在電池單元失效時(shí)立即全部失效的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，必須向駕駛員提供例如基于電池狀態(tài)識(shí)別和預(yù)測(cè)生成的電池更換顯示。但因?yàn)檫@種系統(tǒng)不可以準(zhǔn)確地確定剩余的使用壽命，所以必須過(guò)早地更換電池，并且還存在以下風(fēng)險(xiǎn)：電池更換顯示未能事先識(shí)別到第一電池單元的失效。因此，借助本發(fā)明一方面顯著地提高了牽引電池的可靠性。另一方面，也使?fàn)恳姵乜梢栽谲?chē)輛中更長(zhǎng)時(shí)間地運(yùn)行。

從屬權(quán)利要求示出本發(fā)明的有利擴(kuò)展構(gòu)型。

特別有利地，根據(jù)本發(fā)明的電池包括與分離裝置并聯(lián)的充電裝置。在此情形中，在第一電池單元組失效時(shí)也確保了牽引車(chē)載電網(wǎng)中補(bǔ)償電流的限制。

附加地或替代地，根據(jù)本發(fā)明的裝置還優(yōu)選地具有第一檢測(cè)裝置和/或第二檢測(cè)裝置，所述第一檢測(cè)裝置檢測(cè)第一電池單元組的功能并且在第一電池組發(fā)生故障時(shí)通過(guò)充電與分離裝置斷開(kāi)第一電池單元組的第一連接端子與第一電池極的連接并且通過(guò)第一跨接裝置閉合第一電池極與第一服務(wù)插接件連接端子的連接，所述第二檢測(cè)裝置檢測(cè)第二電池單元組的功能并且在第二電池組發(fā)生故障時(shí)通過(guò)分離裝置斷開(kāi)第二電池單元組的第二連接端子與第二電池極的連接并且通過(guò)第二跨接裝置閉合第二電池極與第二服務(wù)插接件連接端子的連接。

附圖說(shuō)明

以下參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。附圖示出：

圖1：根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的電池、優(yōu)選牽引電池的電路原理圖，

圖2：根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的牽引電池的電路原理圖，

圖3：用在混合動(dòng)力車(chē)輛和電動(dòng)車(chē)輛中的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

以下參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。

根據(jù)本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)顯著地提高了牽引電池的可靠性，因?yàn)閱蝹€(gè)電池的失效不會(huì)直接導(dǎo)致系統(tǒng)的失效(拋錨)。為此目的，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，如圖1中所示，在(電池的正極4上和負(fù)極8上的)兩個(gè)跨接單元10、11中額外地引入兩個(gè)跨接開(kāi)關(guān)。在當(dāng)前的現(xiàn)有技術(shù)中會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)分離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的第一電池單元失效時(shí)，如下操作：

·正極上的半個(gè)電池中的電池單元失效：

斷開(kāi)電池的正極4上的充電與分離裝置3的開(kāi)關(guān)。由此單極地關(guān)斷上半個(gè)電池1。在電池的負(fù)極8上的分離裝置7中斷開(kāi)分離開(kāi)關(guān)，并且在負(fù)極8上的充電裝置12中閉合充電開(kāi)關(guān)。附加地，閉合電池的正極4上的跨接單元10中的跨接開(kāi)關(guān)。由此跨接上半個(gè)電池1。通過(guò)負(fù)極8上的充電裝置12的充電電阻將逆變器16中的平滑電容器充電或再次充電至下半個(gè)電池2的電池單元的總電壓。如果平滑電容器上的電壓近似地具有下半個(gè)電池2的總電壓，則閉合電池的負(fù)極8上的分離裝置7中的分離開(kāi)關(guān)。此后，在牽引電池的正極4和負(fù)極8上有具有一半電壓和不變?nèi)萘康碾姵乜晒┦褂?。由此，電池的功率和能量相?duì)于常規(guī)運(yùn)行減半。

·負(fù)極上的半個(gè)電池中的電池單元失效：

通過(guò)變換充電與分離裝置3；7、12、跨接裝置10、11和兩個(gè)半個(gè)電池1；2的角色來(lái)類(lèi)似地實(shí)施上半個(gè)電池1中的電池單元失效時(shí)的處理方式。此后，在牽引電池的正極4和負(fù)極8上又有具有一半電壓和不變?nèi)萘康碾姵乜晒┦褂?。同樣，電池的功率和能量相?duì)于常規(guī)運(yùn)行減半。

在應(yīng)用本發(fā)明的情況下，在牽引電池的電池單元失效后仍可以通過(guò)一半功率和一半能量運(yùn)行混合動(dòng)力車(chē)輛或電動(dòng)車(chē)輛的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由此，避免了由于單個(gè)電池單元的失效導(dǎo)致的拋錨。

這具有以下優(yōu)點(diǎn)：更長(zhǎng)時(shí)間地運(yùn)行車(chē)輛中的電池，而不會(huì)以較高的概率在電池使用壽命結(jié)束時(shí)遭受拋錨的風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)本發(fā)明，充電與分離裝置3；7、12以及跨接裝置10、11中的不同開(kāi)關(guān)實(shí)施為機(jī)電開(kāi)關(guān)或?qū)嵤殡婇_(kāi)關(guān)或?qū)嵤闄C(jī)電開(kāi)關(guān)和電開(kāi)關(guān)的組合。

除以上文字公開(kāi)外，在此明確地參考附圖中的公開(kāi)。