蓄電池和用于監(jiān)測(cè)蓄電池的方法以及具有蓄電池的蓄電池系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種蓄電池和用于監(jiān)測(cè)蓄電池的方法以及具有蓄電池的蓄電池系統(tǒng)。 本發(fā)明還涉及一種運(yùn)輸工具，特別是汽車，如具有蓄電池或蓄電池系統(tǒng)的電動(dòng)汽車或混合 動(dòng)力汽車。
【背景技術(shù)】
[0002] 可以預(yù)見(jiàn)的是，無(wú)論是在例如風(fēng)力發(fā)電設(shè)備這種固定應(yīng)用方面，還是在例如電動(dòng) 汽車（electric vehicles，EV)或混合動(dòng)力汽車（hybrid electric vehicles，HEV)這種移 動(dòng)應(yīng)用方面，作為可反復(fù)充電的蓄能器，例如采用鋰離子電池或鎳金屬氫化物電池的新的 蓄電池系統(tǒng)的應(yīng)用日益增長(zhǎng)。
[0003] 蓄電池系統(tǒng)在可利用的蓄能（能含量）、充電/放電效率、可靠性、使用壽命和通過(guò) 頻繁的部分放電（記憶效應(yīng)Memory EfTekt)造成的不希望的容量損失方面必須滿足非常 高的要求。
[0004] 蓄電池系統(tǒng)包括大量的蓄電池單池。根據(jù)其單池內(nèi)部電阻和進(jìn)行的電化學(xué)過(guò)程， 蓄電池單池在充電和放電期間溫度上升。蓄電池單池可以串聯(lián)（Serie)，以便提高電壓和/ 或并聯(lián)，以便提高最大電流。在此方面，蓄電池單池可以合并成蓄電池單元或蓄電池模塊。 在用于驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸工具方面，例如可以串聯(lián)或并聯(lián)約100個(gè)蓄電池單池（作為牽引蓄電池）。 在高壓蓄電池系統(tǒng)中，總電壓由此例如可以為450V或甚至600V。
[0005] 蓄電池單池運(yùn)行允許的溫度范圍典型地處于-30°C到+70°C之間，最好在+5°C到 +35°C之間。在工作溫度的下部范圍內(nèi)，蓄電池單池的功率明顯下降。在溫度低于約0°C時(shí)， 蓄電池單池的內(nèi)部電阻劇烈上升，而且蓄電池單池的功率和效率隨著溫度的進(jìn)一步降低連 續(xù)下降。與此同時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)蓄電池單池不可逆的損壞。在超過(guò)工作溫度的情況下，蓄電 池單池的功率也會(huì)明顯下降。當(dāng)溫度超過(guò)約40°C時(shí)，蓄電池單池的使用壽命降低。與此同 時(shí)，同樣會(huì)出現(xiàn)蓄電池單池不可逆的損壞。此外，蓄電池單池內(nèi)和/或蓄電池模塊或蓄電 池內(nèi)部的蓄電池單池的運(yùn)行允許的溫差（溫度梯度）典型地處于5開(kāi)爾文到10開(kāi)爾文之 間。在更大的溫差情況下，蓄電池單池的不同區(qū)域或蓄電池模塊或蓄電池的不同蓄電池單 池會(huì)承受不同的負(fù)載或甚至（局部）過(guò)載和/或損壞。此外，由于溫差和/或溫度變化存 在蓄電池內(nèi)形成冷凝水的危險(xiǎn)。損壞會(huì)導(dǎo)致蓄電池單池的加速老化或蓄電池單池的熱失控 (Thermal Runaway)，對(duì)人身和環(huán)境構(gòu)成威脅。
[0006] 在運(yùn)輸工具的混合驅(qū)動(dòng)系中，鋰離子大功率蓄電池單池以非常高的動(dòng)力運(yùn)行。在 例如通過(guò)回收制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)能量或加速時(shí)的增壓支持產(chǎn)生的短時(shí)間的峰值負(fù)載期間，蓄電 池單池必須在非常短的時(shí)間內(nèi)吸收（充電時(shí)）或輸出（放電時(shí)）高功率。由于蓄電池單池 的內(nèi)部電阻，這種短時(shí)間的峰值負(fù)載導(dǎo)致蓄電池單池明顯受熱。充電時(shí)或放電時(shí)蓄電池單 池的效率非常高（約95%);但與此同時(shí)產(chǎn)生的廢熱不能忽視。在例如60KW的牽引功率 時(shí)，5%的損耗產(chǎn)生3KW的損耗功率。此外，例如在夏季或室外溫度可以達(dá)到40°C和更高的 熱帶地區(qū)，會(huì)超出允許的溫度范圍，從而蓄電池單池沒(méi)有冷卻的情況下，使用壽命達(dá)不到例 如十年。
[0007] 為保證蓄電池系統(tǒng)的安全性、功能和使用壽命，因此要求蓄電池單池在預(yù)先規(guī)定 的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。一方面如上所述，蓄電池單池的運(yùn)行期間產(chǎn)生的熱必須排出，以避免蓄 電池單池的受熱超過(guò)臨界的最大溫度。另一方面，要求蓄電池單池在低溫下可以加熱到最 低溫度。對(duì)蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以遵守預(yù)先規(guī)定的溫度范圍和/或識(shí)別干擾。
[0008] 為借助溫度管理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，蓄電池單池的溫度借助溫度傳感器，例如熱敏 電阻傳感器（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器（Negative Temperature Coefficient) (NTC) 熱敏電阻、NTC傳感器、具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻、NTC電阻）、正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器 (Positive Temperature Coefficient(PTC)熱敏電阻、PTC傳感器、具有正溫度系數(shù)的電 阻、PTC電阻）或紅外傳感器（Infiared Sensors，IR-Sensoren)進(jìn)行測(cè)量。溫度傳感器例 如可以固定在蓄電池單池、蓄電池單池的電接線或上或?qū)⒔泳€相互連接的單池連接器上。
[0009] DE 10 2010 062 207 Al介紹了一種具有溫度傳感器單元的裝置，用于檢測(cè)電化 學(xué)蓄能器的溫度，特別是在汽車上使用。蓄能器包括一個(gè)或更多個(gè)儲(chǔ)存單元，這些儲(chǔ)存單元 具有各自兩個(gè)用于其電觸點(diǎn)接通的接線端子，通過(guò)接線元件電觸點(diǎn)接通。為檢測(cè)與儲(chǔ)存單 元的內(nèi)部溫度相應(yīng)的溫度，溫度傳感器單元的各自溫度傳感器設(shè)置在蓄能器的至少一個(gè)儲(chǔ) 存單元的接線端子上。
[0010] 為改進(jìn)蓄電池系統(tǒng)，例如鋰離子蓄電池系統(tǒng)的安全性、功能和使用壽命，因此要求 改進(jìn)對(duì)蓄電池系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
[0012] 具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征依據(jù)本發(fā)明的裝置和方法的優(yōu)點(diǎn)是，蓄電池和蓄電池系 統(tǒng)溫度的監(jiān)測(cè)可以得到改進(jìn)。由此其他傳感裝置可以識(shí)別一個(gè)或更多個(gè)蓄電池單池內(nèi)溫度 的變化，例如上升。此外，蓄電池或蓄電池系統(tǒng)的蓄電池單池的錯(cuò)誤動(dòng)作（故障）可以得到 可靠和及時(shí)的識(shí)別。此外，用于測(cè)量溫度的傳感裝置的錯(cuò)誤動(dòng)作可以得到補(bǔ)償。因此蓄電 池或蓄電池系統(tǒng)符合實(shí)際情況的工作方式可以得到保證并提高蓄電池或蓄電池系統(tǒng)的可 靠性。
[0013] 依據(jù)目的，大量傳感裝置的傳感裝置可以按照第一物理測(cè)量原理檢測(cè)大量蓄電池 單池的溫度測(cè)量值和另一傳感裝置按照第二物理測(cè)量原理檢測(cè)蓄電池的溫度測(cè)量值，其 中，第二物理測(cè)量原理不同于第一物理測(cè)量原理。由此在檢測(cè)溫度測(cè)量值方面可以達(dá)到真 正的冗余度。
[0014] 依據(jù)目的，大量傳感裝置的傳感裝置各自作為具有取決于溫度的電阻的傳感器， 例如NTC傳感器或PTC傳感器構(gòu)成。由此可以成本低廉、迅速和準(zhǔn)確低檢測(cè)溫度測(cè)量值。依 據(jù)目的，另一傳感裝置作為紅外傳感器或熱輻射傳感器構(gòu)成。由此無(wú)接觸式檢測(cè)溫度測(cè)量 值。
[0015] 依據(jù)目的，大量蓄電池單池的蓄電池單池可以各自包括一個(gè)電池蓋和大量傳感裝 置的傳感裝置各自設(shè)置在電池蓋上。由此與蓄電池單池的熱接觸可以得到改善和更加迅速 地檢測(cè)溫度的變化。此外，傳感裝置在制造蓄電池單池時(shí)就已經(jīng)可以固定在電池蓋上。此 外，傳感裝置在安裝電池蓋之前就已經(jīng)可以固定在電池蓋上。由此可以簡(jiǎn)化蓄電池單元、蓄 電池模塊、蓄電池和蓄電池系統(tǒng)的制造并降低成本。此外，傳感裝置的安裝可以得到簡(jiǎn)化并 進(jìn)一步降低成本。
[0016] 依據(jù)目的，大量蓄電池單池的蓄電池單池可以各自包括第一電池端子和第二電池 端子，例如正極端子，以及大量傳感裝置的傳感裝置各自設(shè)置在第二電池端子上。通過(guò)設(shè)置 在深深地伸入蓄電池單池和單池繞組內(nèi)的電池端子上，可以進(jìn)一步改善與蓄電池單池的熱 接觸并更加迅速地檢測(cè)溫度的變化。此外，傳感裝置在蓄電池單池上的固定可以得到簡(jiǎn)化 并縮短固定的時(shí)間。
[0017] 依據(jù)目的，蓄電池此外可以包括用于固定大量傳感裝置的大量固定裝置，其中，大 量固定裝置的固定裝置各自固定在，例如焊接在大量蓄電池單池的蓄電池單池上。由此傳 感裝置在蓄電池單池上的固定可以得到簡(jiǎn)化。此外可以避免費(fèi)時(shí)的和/或釋放溶劑的粘貼 過(guò)程。
[0018] 依據(jù)目的，大量固定裝置各自借助激光焊接、摩擦焊接或超聲波焊接進(jìn)行焊接。由 此可以減少固定的處理時(shí)間。此外，可以可靠調(diào)整和監(jiān)測(cè)過(guò)程參數(shù)。由此可以改進(jìn)過(guò)程控 制和過(guò)程安全性。此外，不需要添加劑、清潔劑和/或溶劑，而且不產(chǎn)生廢料。由此可以減 少環(huán)境負(fù)擔(dān)。最后在超聲波焊接時(shí)可以減少熱負(fù)載以及個(gè)性化構(gòu)成鐵砧壓花。由此焊點(diǎn)或 焊縫外觀上可以引人注目地構(gòu)成。
[0019] 本發(fā)明提供一種包括此前所述蓄電池的蓄電池系統(tǒng)。
[0020] 本發(fā)明此外提供一種運(yùn)輸工具，特別是汽車，如電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車或電動(dòng)摩 托車（Elektr〇-Bike，E_Bike)、電動(dòng)自行車（Pedal Electric Cycle，Pedelec)、海上運(yùn)輸工 具如電動(dòng)船、航行器或航天器，其包括此前所述與運(yùn)輸工具連接的蓄電池或此前所述與運(yùn) 輸工具連接的蓄電池系統(tǒng)。
[0021] 依據(jù)目的，大量傳感裝置的傳感裝置按照第一物理測(cè)量原理檢測(cè)大量蓄電池單池 的溫度測(cè)量值和另一傳感裝置按照第二物理測(cè)量原理檢測(cè)蓄電池的溫度測(cè)量值，其中，第 二物理測(cè)量原理不同于第一物理測(cè)量原理。由此在檢測(cè)溫度測(cè)量值方面可以達(dá)到真正的冗 余度。