用于在使用蓄電池模塊時提升安全的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于引起車輛中的蓄電池模塊的安全狀態(tài)的方法，其中，不斷地檢查和評估該蓄電池模塊的當前的狀態(tài)并且所引起的蓄電池模塊的安全狀態(tài)涉及這樣的狀態(tài)，在該狀態(tài)中減小損壞的蓄電池模塊的影響和/或者降低蓄電池模塊的損壞概率，其中，根據(jù)能夠推斷出蓄電池模塊的壓力狀態(tài)的特征量實現(xiàn)安全狀態(tài)的引起。
【專利說明】用于在使用蓄電池模塊時提升安全的方法和裝置

【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于在使用蓄電池模塊時提高安全性的方法和裝置。

【背景技術】
[0002]根據(jù)現(xiàn)有的技術已知用于本質(zhì)安全的蓄電池模塊的安全性設計。例如熔化熔斷器以及阻止或者消除蓄電池模塊的范圍中的過高的電壓的措施就屬于現(xiàn)有的技術。例如，在DE102011113798A1中公開了一種模塊化的蓄電池，其中，為了避免與蓄電池相關的危險，該蓄電池模塊中的單個的串聯(lián)電路和并聯(lián)電路都能夠被接通和斷開。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明涉及一種用于引起車輛中的蓄電池模塊的安全狀態(tài)的方法，其中，不斷地檢查和評估該蓄電池模塊的當前的狀態(tài)，并且所引起的蓄電池模塊的安全狀態(tài)涉及這樣的狀態(tài)，在該狀態(tài)中減小損壞的蓄電池模塊的影響和/或者降低所述蓄電池模塊的損壞概率。
[0004]本發(fā)明的核心在于，本發(fā)明根據(jù)能夠推斷出蓄電池模塊的壓力狀態(tài)的特征量來引起安全狀態(tài)。所觀察的蓄電池模塊的壓力狀態(tài)涉及在該蓄電池模塊內(nèi)部的壓力。
[0005]本發(fā)明的背景是在處理蓄電池模塊時提高安全性和降低蓄電池模塊損壞的概率和/或減小損壞的蓄電池模塊對環(huán)境的影響。根據(jù)能夠推斷出蓄電池模塊的壓力狀態(tài)的特征量的蓄電池模塊的安全狀態(tài)的引起在蓄電池內(nèi)過壓的情況下引起蓄電池模塊的安全的運行，并且引起該蓄電池模塊轉(zhuǎn)入安全狀態(tài)。通過將蓄電池模塊轉(zhuǎn)入安全狀態(tài)而在最大程度上避免可能的危險，該危險能夠由在蓄電池內(nèi)部的過壓引起。
[0006]根據(jù)本發(fā)明還提供了一種用于本質(zhì)安全的蓄電池模的控制裝置。該控制裝置適用于引起蓄電池模塊的安全狀態(tài)，在此不斷地檢查和評估蓄電池模塊的當前狀態(tài)并且所引起的蓄電池模塊的安全狀態(tài)涉及這樣的狀態(tài)，在該狀態(tài)中減小損壞的蓄電池模塊的影響和/或降低蓄電池模塊的損壞的概率，在此規(guī)定用于引起安全狀態(tài)，尤其是根據(jù)能夠推斷出蓄電池模塊的壓力狀態(tài)的特征量的安全狀態(tài)的方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明還規(guī)定一種本質(zhì)安全的蓄電池模塊，其中該蓄電池模塊能夠被控制。
[0008]下文給出了本發(fā)明的其他的有利的實施形式。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的實施方式，能夠推斷出蓄電池模塊的壓力狀態(tài)的特征量涉及在蓄電池內(nèi)部的壓力和/或在蓄電池內(nèi)部的壓力的隨時間的曲線。
[0010]在內(nèi)部的壓力以及該在內(nèi)部的壓力的時間曲線表示蓄電池模塊的物理的狀態(tài)量。該狀態(tài)量的使用導致以下的優(yōu)勢，其能夠根據(jù)物理的參數(shù)被精確地確定和定量地給出。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選的設計方案實施能夠推斷出蓄電池模塊的壓力狀態(tài)的特征量與閾值的比較來引起蓄電池模塊的安全狀態(tài)。根據(jù)該比較并且根據(jù)蓄電池模塊的充電狀態(tài)和/或蓄電池模塊的老化程度控制執(zhí)行裝置(Al、A2)，尤其是用于放置電流旁路或者用于應用放電裝置的裝置。如果該特征量達到或者超過閾值，則在此利用執(zhí)行裝置(Al、A2)在蓄電池模塊的范圍中激活電流旁路，使得蓄電池模塊不能夠被充電并且根據(jù)充電狀態(tài)激活放電裝置并且蓄電池模塊放電，使得蓄電池模塊盡可能快地轉(zhuǎn)入最大程度地完全放電的狀態(tài)。在蓄電池內(nèi)部的過高的壓力的示例性的閾值能夠位于2巴和8巴之間，尤其位于3巴和7巴之間。
[0012]該規(guī)定在蓄電池內(nèi)部出現(xiàn)過高的壓力時帶來安全地處理該蓄電池模塊的優(yōu)勢:首先，在其內(nèi)部存在過高的壓力的蓄電池模塊的受控的放電提高了處理蓄電池模塊的安全性。受控的放電帶來以下的優(yōu)勢，避免電纜的熔化，該電纜能夠與蓄電池模塊接觸并且用于蓄電池模塊的放電。此外，該蓄電池模塊的放電引起蓄電池轉(zhuǎn)入電化學的安全狀態(tài)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個有利的設計方案，對于特征量達到或者超過閾值的情況并且在存在低的充電狀態(tài)時，激活放電裝置并且蓄電池池模塊根據(jù)在蓄電池模塊內(nèi)部的壓力和/或在蓄電池模塊內(nèi)部的溫度和/或在蓄電池模塊內(nèi)部的溫度的隨時間的變化和/或蓄電池模塊的充電狀態(tài)而放電。相反地，在存在高的充電狀態(tài)時激活快速放電裝置并且蓄電池盡可能快地放電。當充電狀態(tài)在常規(guī)的充電狀態(tài)的80%和100%之間時存在對于蓄電池模塊的高的充電狀態(tài)的示例性的值。在蓄電池模塊常規(guī)的工作中，大約NX4.2伏的一個電壓位于蓄電池模塊的連接端之間，其中N對應于在蓄電池模塊中串聯(lián)連接的蓄電池單元的數(shù)量。當充電狀態(tài)低于在常規(guī)的充電狀態(tài)的40%和80%之間的值時，存在對于蓄電池模塊的低的充電狀態(tài)的示例性的值。在這種情況下，在O伏和NX3伏之間的一個電壓位于蓄電池模塊的連接端之間，其中，N對應于在蓄電池模塊中串聯(lián)連接的蓄電池單元的數(shù)量。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個有利的實施方式，如果蓄電池模塊幾乎完全放電，在放電后去激活放電裝置和/或去激活快速放電裝置；電流旁路保持激活。保持電流旁路的激活使得損壞的蓄電池模塊不再能夠被充電，而兩極的電流能夠通過電流旁路流通。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一個有利的設計方案，對于本質(zhì)安全的蓄電池模塊設置了至少一個用于獲取蓄電池模塊的物理的量的傳感裝置(S)以用于確定蓄電池模塊的當前的狀態(tài)。
[0016]優(yōu)選地，依據(jù)本發(fā)明的方法或者對應的裝置或者控制裝置以及對應的本質(zhì)安全的蓄電池模塊至少在車輛技術或者能量技術中得到應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]在下面的段落中將根據(jù)多個實施例解釋本發(fā)明，通過該多個實施例能夠得到其他的發(fā)明的特征，但是本發(fā)明不限制在這些實施例的范圍內(nèi)。這些實施例示于附圖中。其中:
[0018]圖1示出了本質(zhì)安全的蓄電池模塊的示意圖；
[0019]圖2示出了用于在使用本質(zhì)安全的蓄電池模塊時根據(jù)能夠推斷出蓄電池模塊的壓力狀態(tài)的特征量來提高安全性的方法的示意圖；以及
[0020]圖3示出了本質(zhì)安全的蓄電池模塊的基本電路圖，該基本電路圖適用于根據(jù)能夠推斷出蓄電池模塊的壓力狀態(tài)的特征量來引起蓄電池模塊的安全狀態(tài)。

【具體實施方式】
[0021]在圖1中示意性地示出了本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB。在本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB中不斷地檢查和評估蓄電池模塊的當前的狀態(tài)會，并且引起蓄電池模塊的安全狀態(tài)。所引起的蓄電池模塊的安全狀態(tài)涉及這樣的狀態(tài)，在該狀態(tài)中減小損壞的蓄電池模塊的影響和/或降低蓄電池模塊的損壞的概率。為了實現(xiàn)這個目的，本質(zhì)安全的蓄電池模塊具有例如合適的傳感器概念和執(zhí)行裝置概念以實現(xiàn)本質(zhì)安全。
[0022]本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB包括至少一個單元模塊Z，該單元模塊Z包括至少一個蓄電池單元BZ。該至少一個蓄電池單元BZ由機械的部件和至少一個電化學的部件組成。該電化學的部件又被稱為本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的化學系統(tǒng)。該至少一個蓄電池單元BZ示例性地涉及鋰-離子蓄電池單元。優(yōu)選地還包括傳感裝置S，通過該傳感裝置至少能夠獲取該本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的電壓或者電流，借助該電流本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB能夠進行放電或者充電。優(yōu)選地，此外還包括至少一個部件BEP，該部件BEP用來進行蓄電池狀態(tài)識別或者對本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的蓄電池狀態(tài)進行預測或者對本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的蓄電池狀態(tài)量進行識別或預測。優(yōu)選地，此外還包括用于引起本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的安全狀態(tài)的執(zhí)行裝置Al ;借助執(zhí)行裝置Al，優(yōu)選至少一個連接在本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的電的連接端之間的未示出的電流旁路或者未示出的放電裝置，特別是放電設備，或者未示出的快速放電設備，特別是超快放電設備應用到本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的范圍內(nèi)。為了實現(xiàn)該應用目的，放電裝置或者快速放電裝置于是與本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的連接端電連接。
[0023]如果本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的電的連接端之間的電流旁路接通，則電流能夠在本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的電的連接端間之流動，而該電流不會流經(jīng)本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的至少一個蓄電池單元BZ的電化學部件。該電流旁路也能夠在至少一個蓄電池單元BZ的連接端之間接通。
[0024]優(yōu)選地還包括執(zhí)行裝置A2;借助執(zhí)行裝置A2，本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的輸出電壓至少能夠被控制或者在其高度上進行變化。
[0025]在圖2中示意性地示出了用于在使用本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB時提升安全性的方法。通過方法步驟11中引入該方法。在接下來的閾值比較步驟22中如下內(nèi)容將得到檢查，即特征量是否達到或者超過閾值。特征量和閾值優(yōu)選地涉及在本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB內(nèi)部的壓力或者在本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB內(nèi)部的壓力的隨時間的變化。如果特征量既未達到也未超過閾值，則閾值比較步驟22將會被重復。
[0026]如果特征量達到或者超過閾值，在緊接著的電流旁路步驟33中激活在本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的范圍內(nèi)的電流旁路，使得該本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB非不受控地放電。然后在充電狀態(tài)檢查步驟44中檢查本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的充電狀態(tài)是否過高。當本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的充電狀態(tài)過高時，在快速放電裝置步驟55中激活快速放電裝置，特別是超快放電設備，使得本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB最大程度地并且盡可能快地放電。在之后的結束步驟66中結束該方法。
[0027]相反地，如果本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的充電狀態(tài)不是過高時，則在放電裝置步驟77中激活放電裝置，特別是放電設備，使得本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB最大程度地放電。在隨后的結束步驟66中結束該方法。
[0028]優(yōu)選地，所有在上述的方法步驟里描述的本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的狀態(tài)量例如通過傳感裝置S的幫助獲取。為了蓄電池狀態(tài)識別，對狀態(tài)量的檢查和評估優(yōu)選地通過構件BEP執(zhí)行。在上述方法步驟中執(zhí)行的驅(qū)動過程例如借助執(zhí)行裝置Al、A2來實現(xiàn)。
[0029]能夠使用另外的、位于本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB之外的傳感器來替代為本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的組成部分的傳感裝置S，以獲取本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的狀態(tài)量。這里示例性地能夠涉及多個傳感器，該多個傳感器屬于車輛的裝置，在該車輛中應用本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB。例如這里示例性地能夠涉及屬于車輛的裝備的傳感器，在該車輛中應用本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB。示例性地能夠涉及用于確定例如壓力或者溫度的物理的量的傳感器。
[0030]本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的應用在車輛技術和能量技術中是可能的。
[0031]在圖3中示出了本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的基本電路圖。
[0032]在該基本結構圖中示出了單元模塊Z、單元監(jiān)控電子元件CSC和模塊監(jiān)控電子元件 MSC。
[0033]單元模塊Z包括至少一個蓄電池單元BZ。該至少一個蓄電池單元BZ例如涉及鋰-離子蓄電池單元。
[0034]單元監(jiān)控電子元件CSC包括在圖1的說明中所述的傳感裝置S以獲取至少一個蓄電池單元BZ的狀態(tài)。單元監(jiān)控電子元件CSC用于在單元模塊Z內(nèi)監(jiān)控至少一個蓄電池單元BZ。
[0035]模塊監(jiān)控電子元件MSC與單元監(jiān)控電子元件CSC進行通信。在單元監(jiān)控電子元件CSC和模塊監(jiān)控電子元件MSC之間的通信能夠以無線的方式或者通過通信導線KL以有線的方式實現(xiàn)。在模塊監(jiān)控電子元件MSC和單元監(jiān)控電子元件CSC之間的通信范圍內(nèi)傳輸關于至少一個蓄電池單元BZ的數(shù)據(jù)。此外，模塊監(jiān)控電子元件MSC具有傳感裝置S以對單元模塊Z進行監(jiān)控。
[0036]模塊監(jiān)控電子元件MSC能夠依據(jù)至少一個蓄電池單元BZ或者單元模塊Z的狀態(tài)動作。為了達到這個目的，模塊監(jiān)控電子元件MSC包括至少兩個可接通和可斷開的半導體閥門HVl和HV2以及兩個二極管Dl和D2。每個可斷開的半導體閥門和二極管構成半橋裝置。上面的包括HVl和Dl的半橋裝置用符號H。標記，下面的包括HV2和D2的半橋裝置用符號Hu標記。上面的半橋裝置和下面的半橋裝置構成了可控制的功率開關L。
[0037]在正常情況下，例如在本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的常規(guī)運行狀態(tài)下，上面的半橋裝置H。是接通的，下面的半橋裝置Hu是斷開的。在這種狀態(tài)下，單元監(jiān)控電子元件CSC在至少兩個蓄電池單元BZ之間執(zhí)行充電補償。
[0038]如果模塊監(jiān)控電子元件MSC根據(jù)能夠推斷出本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的壓力狀態(tài)的狀態(tài)量識別出電流旁路必須放置在本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的范圍內(nèi)，則上面的半橋裝置H。斷開并且下面的半橋裝置Hu接通。流經(jīng)單元模塊Z的電流于是流過下面的半橋裝置Hu。
[0039]如果模塊監(jiān)控電子元件MSC根據(jù)能夠推斷出本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的壓力狀態(tài)的狀態(tài)量識別出放電裝置或者快速放電裝置必須應用在本質(zhì)安全的蓄電池模塊EB的范圍內(nèi)，則上面的半橋裝置H。斷開并且下面的半橋裝置Hu接通。流經(jīng)單元模塊Z的電流于是流過下面的半橋裝置Hu。
[0040]除了在圖3中所描述的蓄電池單元的監(jiān)控之外，借助單元監(jiān)控電子元件，通過任意一個分配給至少一個蓄電池單元BZ的單元監(jiān)控電子元件CSC實現(xiàn)蓄電池單元自身的監(jiān)控是可行的。為此，每個蓄電池單元BZ都會分配到自身的下級單元監(jiān)控電子元件。該下級單元監(jiān)控電子元件與主單元監(jiān)控電子元件進行通信。該主單元監(jiān)控電子元件與模塊監(jiān)控電子元件MSC進行通信，該模塊監(jiān)控電子元件MSC此外依據(jù)由主單元監(jiān)控電子元件傳來的信息動作。
【權利要求】
1.一種用于引起蓄電池模塊的安全狀態(tài)的方法，其中，不斷地檢查和評估所述蓄電池模塊的當前的狀態(tài)并且待引起的所述蓄電池模塊的所述安全狀態(tài)涉及這樣的狀態(tài)，在所述狀態(tài)中減小損壞的蓄電池模塊的影響和/或降低所述蓄電池模塊的損壞的概率， 其特征在于， 根據(jù)能夠推斷出所述蓄電池模塊的壓力狀態(tài)的特征量來實現(xiàn)所述安全狀態(tài)的引起。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法， 其特征在于， 能夠推斷出所述蓄電池模塊的壓力狀態(tài)的所述特征量涉及: -在所述蓄電池模塊內(nèi)部的壓力；和/或 -在所述蓄電池模塊內(nèi)部的所述壓力的隨時間的變化。
3.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法， 其特征在于，為了引起所述蓄電池模塊的所述安全狀態(tài)而實施所述特征量與閾值的比較并且對于所述特征量到達或者超過所述閾值的情況，其中，用于在所述蓄電池內(nèi)部的過高的壓力的示例性的閾值能夠位于2巴和8巴之間，尤其是位于3巴和7巴之間，則根據(jù)所述蓄電池模塊的充電狀態(tài)和/或所述蓄電池模塊內(nèi)部的所述壓力和/或所述蓄電池模塊的老化程度，-激活電流旁路并且所述蓄 電池模塊不充電，以及 -根據(jù)所述充電狀態(tài)來激活放電裝置并且放電所述蓄電池模塊，以使得所述蓄電池模塊盡可能快地轉(zhuǎn)入最大程度地完全放電的狀態(tài)。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法， 其特征在于， 對于所述特征量達到或者超過所述閾值的情況，并且在存在低的充電狀態(tài)時，激活所述放電裝置并且所述蓄電池池模塊根據(jù)在所述蓄電池模塊內(nèi)部的所述壓力和/或在所述蓄電池模塊內(nèi)部的溫度和/或在所述蓄電池模塊內(nèi)部的所述溫度的隨時間的變化和/或所述蓄電池模塊的所述充電狀態(tài)而放電，在存在高的充電狀態(tài)時，激活快速放電裝置并且所述蓄電池盡可能快地放電，其中，當所述充電狀態(tài)在常規(guī)的充電狀態(tài)的80%和100%之間時示例性地存在所述蓄電池模塊的高的充電狀態(tài)，而當所述充電狀態(tài)低于在所述常規(guī)的充電狀態(tài)的40%和80%之間的值時則存在所述蓄電池模塊的低的充電狀態(tài)。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的方法， 其特征在于， 倘若所述蓄電池模塊被完全放電，則在所述放電結束后并且根據(jù)在所述蓄電池模塊內(nèi)部的所述壓力去激活所述放電裝置。
6.一種用于本質(zhì)安全的蓄電池模塊(EB)的控制裝置，所述控制裝置適用于引起所述蓄電池模塊的安全狀態(tài)，其中，不斷地檢查和評估所述蓄電池模塊的當前的狀態(tài)并且所引起的所述蓄電池模塊的所述安全狀態(tài)涉及這樣的狀態(tài)，在所述狀態(tài)中減少損壞的所述蓄電池模塊的影響和/或降低所述蓄電池模塊的損壞的概率， 其特征在于， 設置用于根據(jù)能夠推斷出所述蓄電池模塊的壓力狀態(tài)的特征量來引起所述安全狀態(tài)的裝置，尤其是在執(zhí)行根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法的情況下。
7.—種本質(zhì)安全的蓄電池模塊(EB), 其特征在于， 設置根據(jù)權利要求6所述的控制裝置。
8.根據(jù)權利要求7所述的本質(zhì)安全的蓄電池模塊(EB)， 其特征在于， 為了確定所述蓄電池模塊的當前的狀態(tài)設置至少一個用于獲取所述蓄電池模塊的物理量的傳感裝置(S)。
9.根據(jù)權利要求7所述的本質(zhì)安全的蓄電池模塊(EB)， 其特征在于， 為了引起所述蓄電池模塊的所述安全狀態(tài)設置至少一個用于放置電流旁路的裝置和放電裝置，尤其是放電設備，以及快速放電裝置，尤其是超快放電設備。
10.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的方法和/或根據(jù)權利要求6至9中任一項所述的裝置和/或根據(jù)權利要求6所述的控制裝置和/或根據(jù)權利要求7至9中任一項所述的本質(zhì)安全的蓄電池 模塊(EB)在車輛技術中和/或在能量技術中的應用。
【文檔編號】H01M10/48GK104051801SQ201410094035
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權日:2013年3月15日
【發(fā)明者】H·芬克 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社