蓄電池系統和具有蓄電池系統的機動車的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種蓄電池系統，其包括蓄電池管理單元、蓄電池單池監控單元、至少一個蓄電池單池和蓄電池單池的安全電子裝置。該安全電子裝置具有第一比較裝置和用于報警信號的報警信號輸出端。此外，本發明涉及一種具有蓄電池系統的機動車。
【背景技術】
[0002]情況表明，未來無論是在例如風力發電設備的靜態應用中，在例如混合動力車輛和電動車輛的車輛中，還是在筆記本電腦和移動電話機上均使用鋰離子蓄電池系統，對蓄電池系統在可靠性、安全性、功率和使用壽命方面提出了非常高的要求。
[0003]在圖1中示出了依據現有技術的蓄電池系統的基本的功能結構。為利用這種蓄電池系統取得所要求的功率和能量數據，大多將多個單獨的蓄電池單池100串聯并部分附加地并聯成一個蓄電池。一組蓄電池單池100在此分別與英語也稱為“Cell Supervis1nCircuit (單池監控電路)”或CSC的多個蓄電池單池監控單元102中的一個連接。另一功能單元形成蓄電池管理系統104，多個蓄電池單池監控單元102與其連接。蓄電池管理系統104在此負責蓄電池系統的高度安全性、性能和使用壽命。除了蓄電池狀態識別外，蓄電池管理系統還包括診斷和安全功能以及對于其他系統的、例如熱管理蓄電池的通信接口。
[0004]設置在多個蓄電池單池100與蓄電池系統的多個極之間的蓄電池分離單元106還承擔將蓄電池與用電器接通或斷開的任務。蓄電池分離單元106由蓄電池管理系統104控制并確保蓄電池系統免受不允許高的電流和電壓以及提供安全功能，例如在對蓄電池系統進行維護工作時，將多個蓄電池單池100與多個蓄電池電極兩極地分離。在傳統的蓄電池管理系統中，為此目前通常計算總的提前量或安全距離，以便使蓄電池系統以最高優先級遵守的安全性不由于提供過高功率的原因而受到危害。
[0005]傳統的蓄電池單池監控單元102的功能在圖2中示出。蓄電池單池監控單元102公知包括通過濾波電路202與多個蓄電池單池100中的一個相連接的模數轉換器200。該模數轉換器200將蓄電池單池100的蓄電池單池瞬時電壓數字化并將其提供給分析電子裝置204。該分析電子裝置204據此能夠為與多個蓄電池單池100并聯連接的、英語也稱為“cell balancing(單池均衡)”的充電狀態平衡電路206提供控制信號。為確保蓄電池單池100的安全運行，通常也并聯比較裝置208。因為公知傳統的鋰離子蓄電池單池100具有典型的2.8伏至4.2伏的工作電壓，所以比較裝置208被這樣設置，使其在低于或高于下工作電壓或上工作電壓時在報警信號總線210上產生報警信號。
[0006]蓄電池單池電壓一方面通過蓄電池單池監控單元102并且另一方面通過比較裝置208進行測量，因此目前已經確保蓄電池單池10比較可靠的監控。

【發明內容】

[0007]依據本發明提供一種蓄電池系統，其包括蓄電池管理單元、蓄電池單池監控單元、至少一個蓄電池單池和蓄電池單池的安全電子裝置。安全電子裝置具有第一比較裝置和用于報警信號的報警信號輸出端。第一比較裝置將蓄電池單池的蓄電池單池電壓與預先確定的電壓閾值進行比較并取決于該比較地產生報警信號。電壓閾值在此小于正常運行中的蓄電池單池電壓并且大于臨界的電壓值。
[0008]此外，提供一種具有蓄電池系統的機動車，其中，蓄電池系統與該機動車的驅動系統連接。
[0009]依據本發明的具有安全電子裝置蓄電池系統可以以有利的方式實現蓄電池單池的安全運行。安全電子裝置在此不是像公知的伴隨電子裝置那樣監控正常運行中的蓄電池單池電壓，而是將蓄電池單池電壓與小于正常運行中的蓄電池單池電壓的電壓閾值進行比較。也就是說，安全電子裝置基本介入故障情況并在蓄電池單池的蓄電池單池電壓偏離了正常范圍并接近臨界的電壓值、尤其負電壓時，產生報警信號。
[0010]如果蓄電池系統中出現故障情況，如因為連接在蓄電池系統上的用電器短路或因為蓄電池單池本身損壞，那么總體上斷開出于安全原因集成在蓄電池單池中的蓄電池單池安全裝置。在此，典型地與多個蓄電池單池連接的多個蓄電池單池監控單元上會出現高的負電壓。如果斷開特定的蓄電池單池的蓄電池單池安全裝置，那么在該蓄電池單池安全裝置上以及因此在各自的蓄電池單池監控單元上會存在帶負符號的其余蓄電池單池的總電壓。蓄電池單池監控單元會被高的負電壓損壞，例如起火和燒毀。
[0011]通過斷開蓄電池單池安全裝置，總體上降低相關的蓄電池單池的蓄電池單池電壓。在比較得出蓄電池單池電壓小于電壓閾值的情況下，第一比較裝置優選產生報警信號。比較裝置這樣基本上探測到用電器側的短路。
[0012]例如，如果斷開蓄電池單池的蓄電池單池安全裝置，其中，同時該蓄電池單池的蓄電池單池電壓保持在典型的約2.8V至約4.2V的允許范圍內，那么安全電子裝置識別出基本上不存在臨界狀態并且第一比較裝置在這種情況下尤其不產生報警信號。
[0013]雖然公知測量和進一步處理蓄電池單池電壓的蓄電池單池監控單元，但依據本發明的蓄電池系統的安全電子裝置尤其為公知的蓄電池單池監控單元形成一種冗余、獨立或附加的測量手段，可以使裝備安全電子裝置的蓄電池系統獲得高的安全等級級別。安全電子裝置可以按照有利的方式使這種蓄電池系統獲得例如ASIL(Automotive SavetyIntegrity Level:汽車安全完整性級別)C或D的等級級別。
[0014]依據一個優選的實施例，蓄電池系統包括具有第二比較裝置的伴隨電子裝置。第二比較裝置尤其是監控正常運行中蓄電池單池的蓄電池單池電壓。正常運行基本上是處于蓄電池單池的充電終止電壓與放電終止電壓之間的蓄電池單池電壓的一個電壓范圍。優選蓄電池單池是鋰離子蓄電池單池。鋰離子蓄電池單池總體上具有約4.2V的充電終止電壓和約2.8V或2.5V的放電終止電壓。在例如-30°C的非常低的環境溫度下，放電終止電壓也可以更低，例如2.1V。
[0015]伴隨電子裝置能夠與每個蓄電池單池連接并借助第二比較裝置基本上檢查蓄電池單池電壓是否高于充電終止電壓或低于放電終止電壓。取決于這種檢查，伴隨電子裝置能夠產生其他的報警信號。優選地，安全電子裝置補充伴隨電子裝置和蓄電池單池監控單元，以便提高蓄電池系統的運行安全性。
[0016]伴隨電子裝置和蓄電池單池監控單元總體上具有低的輸入電阻并因此在高的負輸入電壓情況下很容易損壞。例如在數據頁中詳細列舉的伴隨電子裝置或蓄電池單池監控單元的電壓下限優選地形成臨界電壓值。第一比較裝置優選地這樣設計，使其在蓄電池單池電壓達到臨界電壓值之前產生報警信號，從而能夠防止伴隨電子裝置和蓄電池單池監控單元在故障情況下受到損壞。
[0017]如果第一比較裝置具有最好數千歐或兆歐的輸入電阻，那么第一比較裝置對存在的高電壓很耐抗。
[0018]此外有利的是蓄電池系統裝備蓄電池分離單元，其將蓄電池系統取決于報警信號地與用電器分離。用電器總體上包括電動機、脈沖逆變器、換流器和諸如此類的裝置。如果在故障情況下例如用電器內出現短路，安全電子裝置的第一比較裝置將其識別，那么報警信號可以這樣控制蓄電池分離單元，使蓄電池系統尤其是兩極地與用電器分離。為能夠保證蓄電池系統高的運行安全性和故障安全性，優選單獨的硬件線路，其將報警信號從安全電子裝置傳送到蓄電池單池監控單元或蓄電池管理單元。
[0019]在一種優選的結構中，依據本發明的蓄電池系統能夠包括短路線路，蓄電池單池監控單元取決于報警信號地將其與蓄電池單池并聯。短路線路使各自的蓄電池單池短接并由此防止蓄電池系統內出現高的負電壓。
【附圖說明】
[0020]圖1示出了現有技術中的蓄電池系統；
[0021]圖2示出了現有技術中的蓄電池單池監控單元；
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