电池系统和将电池系统与所连接的耗电器隔离的方法.pdf

电池系统和将电池系统与所连接的耗电器隔离的方法。本发明涉及一种电池系统，其具有至少一个电池单池和至少一个用于连接耗电器的连接接触部，其中在所述至少一个连接接触部之前连接至少一个能借助于控制电路来控制的开关元件，其中所述至少一个开关元件在闭合的控制电路的情况下被闭合并且在中断的控制电路的情况下被断开。在此，控制电路包括至少一个热熔保险装置，所述热熔保险装置在触发时中断控制电路，其中所述至少一个热熔保险装置被分配给所述至少一个电池单池。另外，本发明还涉及一种用于将具有至少一个电池单池的电池系统与通过至少一个连接接触部连接到电池系统的耗电器电隔离的方法。

权利要求书1.  电池系统（1），其具有至少一个电池单池（2）和至少一个用于连接耗电器的连接接触部（4），其中在所述至少一个连接接触部（4）之前连接至少一个能借助于控制电路（5）来控制的开关元件（6），其中所述至少一个开关元件（6）在闭合的控制电路（5）的情况下被闭合并且在中断的控制电路（5）的情况下被断开，其特征在于，控制电路（5）包括至少一个热熔保险装置（7），所述热熔保险装置（7）在触发时中断控制电路（5），其中所述至少一个热熔保险装置（7）被分配给所述至少一个电池单池（2）。2.  根据权利要求1所述的电池系统（1），其特征在于，电池系统（1）包括电池管理系统（8），其中电池管理系统（8）为控制电路（5）提供电压供给。3.  根据权利要求2所述的电池系统（1），其特征在于，电池管理系统（1）被构造为控制所述至少一个开关元件（6）。4.  根据前述权利要求之一所述的电池系统（1），其特征在于，电池系统（1）具有至少一个单池监视单元（9）用于监视所述至少一个电池单池（2）的至少一个电池单池参数，其中所述至少一个单池监视单元（9）被集成到控制电路（5）中。5.  根据前述权利要求之一所述的电池系统（1），其特征在于，所述至少一个电池单池（2）具有用于测量所述至少一个电池单池（2）的电池单池温度的温度传感器，其中向所述温度传感器中分别集成热熔保险装置（7）。6.  根据前述权利要求之一所述的电池系统（1），其特征在于，控制电路（5）被构造为环形线路。7.  用于借助于至少一个连接在至少一个连接接触部（4）之前的开关元件（6）将具有至少一个电池单池（2）的电池系统（1）与通过至少一个连接接触部（4）连接到电池系统（1）的耗电器电隔离的方法，所述开关元件（6）借助于控制电路（5）被控制为使得所述至少一个开关元件（6）在闭合的控制电路（5）的情况下被闭合并且在中断的控制电路（5）的情况下被断开，其特征在于，控制电路（5）在超过预定的电池单池温度时通过分配给所述至少一个电池单池（2）的热熔保险装置（7）的触发被中断，使得所述至少一个开关元件（6）断开。8.  根据权利要求7所述的方法，其特征在于，电池系统（1）包括电池管理系统（8），其中通过电池管理系统（8）为控制电路（5）提供电压供给。9.  根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述至少一个开关元件（6）附加地由电池管理系统（8）来控制。

说明书电池系统和将电池系统与所连接的耗电器隔离的方法
技术领域
本发明涉及一种电池系统，其具有至少一个电池单池和至少一个用于连接耗电器的连接接触部，其中在所述至少一个连接接触部以前连接至少一个可借助于控制电路来控制的开关元件，其中所述至少一个开关元件在闭合的控制电路的情况下被闭合并且在中断的控制电路的情况下被断开。
除此之外，本发明还涉及一种用于借助于至少一个连接在至少一个连接接触部以前的开关元件来将具有至少一个电池单池的电池系统与通过所述至少一个连接接触部连接到电池系统上的耗电器电隔离的方法，所述开关元件借助于控制电路被控制为使得所述至少一个开关元件在闭合的控制电路的情况下被闭合并且在中断的控制电路的情况下被断开。
背景技术
电池系统尤其对于电动性非常重要。尤其是在混合动力、插电式混合动力或者电动车辆中所使用的电池系统通常包括多个彼此电接线成电池模块的电池单池。由于锂离子单池的比较高的能量密度，其优选地用作电池系统中的可再充电的电池单池。
除了电池单池以外，电池系统通常包括多个继电器、保险装置和传感器。用于连接耗电器的连接接触部尤其是由高压插头（HV插头）来提供。为了将电池系统与耗电器或与用于给电池系统的电池单池充电的充电设备电隔离，已知的是，在正连接接触部和负连接接触部之前分别连接主继电器（继电器HV＋或继电器HV－）。在此，仅当两个主继电器都被闭合时才实现向所连接的耗电器的能量输出以及从充电设备的能量接收。尤其是当电池系统在所定义的额定运行极限之外运行时，尤其是当超过关于电池单池温度、电池单池电压和/或所出现的电流的极限值时，需要断开主继电器并且因此将电池系统与耗电器或充电设备电隔离。
为了监视和调节电池系统参数、如尤其是电池单池电压和/或电池单池温度，已知的是，在电池系统中使用电池管理系统和单池监视单元、尤其是所谓的Cell Supervision Circuit（单池监视电路，CSC）。由单池监视单元检测的电池系统参数被传输给电池管理系统或电池管理系统的控制设备、尤其是传输给所谓的Battery Control Unit（电池控制单元，BCU）。在此，关于遵循预定义的电池单池温度，尤其已知的是，借助于温度传感器来测量电池单池的当前电池单池温度，其中测量值由单池监视单元来检测并且由单池监视单元传输给电池管理系统。在此，如果确定超过预定义的极限值，则电池管理系统将电池系统的主继电器操控为使得其断开。因此，为了主继电器断开，从传感器到单池监视单元到电池管理系统到主继电器的信号路径必须无故障地工作。
如果在信号路径之一中例如由于单池监视单元与电池管理系统之间的通信线路上的干扰而出现故障，则不能探测出超过极限值，使得主继电器不被断开。作为其结果，到电池系统的进一步能量输送或从电池系统的能量接收可导致温度进一步提高。
从印刷品DE 10 2011 115 908 A1中已知，电动自行车的电池系统的电池管理系统至少可以通过温度传感器检测温度。在此公开了，在电池管理系统中可以存放逐步升级的故障路径的多个开关级，并且在探测到蓄电池组内的诸如过压、欠压、短路或超温的状态时触发保险丝。
除此之外，从印刷品DE 10 2008 040 345 A1中已知如下的热熔保险装置，所述热熔保险装置用于使到用于在汽车领域中使用的电模块中的电流中断。
从印刷品KR 1020040036819 A中还已知用于移动电子终端设备的电池组，该电池组尤其是包括保护电路和保险装置。在此，借助于温度传感器来检测在充电/放电时的温度并且将其与参考值相比较，其中该比较的结果可以用作保险装置的控制信号。
在此背景下，本发明的任务是将开头所述的电池系统尤其是进行如下改进，即在超过预定义的电池单池温度时优选地以少量技术构造成本进一步提高断开主继电器的可靠性。
发明内容
为了解决该任务，提出一种电池系统，其具有至少一个电池单池和至少一个用于连接耗电器的连接接触部，其中在所述至少一个连接接触部之前连接至少一个可借助于控制电路来控制的开关元件，其中所述至少一个开关元件在闭合的控制电路的情况下被闭合并且在中断的控制电路的情况下被断开，其中控制电路包括至少一个热熔保险装置，所述热熔保险装置在触发时使控制电路中断，并且其中所述至少一个热熔保险装置被分配给所述至少一个电池单池。通过所述至少一个热熔保险装置的触发，因此有利地使已经将所述至少一个开关元件保持闭合的控制电路中断，使得所述至少一个开关元件断开。由此，有利地将连接到所述至少一个连接接触部的耗电器或连接到所述至少一个连接接触部的充电设备与电池系统电隔离。
在此，有利地不需要控制设备必须通过操控或触发所述至少一个开关元件来触发所述至少一个开关元件的断开。因此，通过所述至少一个被集成到所述至少一个开关元件的控制电路中的热熔保险装置，断开所述至少一个开关元件以用于将电池系统与耗电器或充电设备电隔离有利地被显著减小到温度检测。如果超过所述至少一个热熔保险装置被设计针对的极限温度，则热熔保险装置触发，控制电路被中断，所述至少一个开关元件不再保持闭合并且断开，由此将电池系统与所连接的耗电器隔离，其中所述耗电器也可以是充电设备。优选地将热熔保险装置布置在电池系统的所述至少一个电池单池处。
尤其是规定，根据本发明的电池系统被构造为用于在混合动力、插电式混合动力或电动车辆中运行的储能器。此外尤其是规定，电池系统包括多个电池单池、尤其是可再充电的锂离子单池。根据本发明的一个构造变型，电池系统是具有多个彼此电串联和/或电并联的电池单池、优选锂离子单池的电池模块。
所述至少一个开关元件优选地被构造为电池系统的主继电器或主接触器（Hauptschaltschütz）。尤其是规定，将所述至少一个开关元件构造成根据电磁原理工作的机械继电器。也就是说，在所述至少一个开关元件的这种构型的情况下，通过控制电路有电流流经所述至少一个开关元件的励磁线圈，其中所述开关元件通过结果得到的磁场保持闭合。如果没有电流流经控制电路并且因此也不流经励磁线圈，则所述至少一个开关元件断开。
通过本发明尤其是有利地使得能够在超过温度极限值时主动地断开被构造成电池系统的主继电器的开关元件，而控制设备有利地不必触发主继电器的断开。更确切地，在超过温度极限值时主动地将使继电器保持闭合的电压供给中断。由此，有利地提高在超过温度极限值时断开主继电器的可靠性，因为取消了通过温度传感器对电池单池温度的检测以及将所检测的电池单池温度测量值传输给控制设备和对所检测的电池单池温度测量值的分析。由此，有利地减小了系统在超过温度极限值时的易错性以及由此提高了系统的安全性。
根据本发明的一个优选构型规定，电池系统包括电池管理系统，其中电池管理系统为控制电路提供电压供给。用于提供控制电路的电压供给的构造上的成本由此有利地小。
根据本发明的另一有利的构型规定，电池系统包括电池管理系统，其中电池管理系统被构造为控制所述至少一个开关元件。在此尤其是规定，电池管理系统也为控制电路提供电压供给。按照根据本发明的电池系统的一个有利构型，对所述至少一个开关元件的控制由电池管理系统通过如下方式来实现：至少一个温度传感器测量至少一个电池单池的电池单池温度，所测量的电池单池温度作为测量值被电池系统的至少一个单池监视单元检测，所检测的测量值由所述至少一个单池监视单元传输给电池系统的电池管理系统，所述电池管理系统借助于分析单元、尤其是比较器电路探测到预定义的电池单池温度值被超过并且主动地操控所述至少一个开关元件断开，其方式尤其是，电池管理系统使控制电路的电压供给中断。
由此，有利地进一步提高了在超过温度极限值的情况下断开所述至少一个开关元件的可靠性，因为提供了用于断开所述至少一个开关元件的另一触发机制。如果所述至少一个热熔保险装置有故障地未触发，则有利地通过被构造用于控制所述至少一个开关元件的电池管理系统来提供另一可能性来断开所述至少一个开关元件以便因此将电池系统与耗电器隔离。根据本发明的一个有利的构型变型尤其是规定，电池系统的所述至少一个开关元件主要由电池管理系统来控制，并且通过触发所述至少一个热熔保险装置以及与之联系的对控制电路的中断来断开所述至少一个开关元件是次要的保险系统。在此，热熔保险装置的触发行为有利地被规定为使得热熔保险装置在比电池管理系统触发所述至少一个开关元件的断开的温度优选地大1％至5%之间的温度情况下触发。通过热熔保险装置的机械设计，触发温度可以优选有针对性地来调整。
根据本发明的另一有利的构型规定，电池系统具有至少一个单池监视单元用于监视所述至少一个电池单池的至少一个电池单池参数，其中所述至少一个单池监视单元被集成到控制电路中。电池单池参数尤其是电池单池温度或者电池单池电压或者电池单池电流。由于所述至少一个单池监视单元同样需要电压供给线路，因此当所述至少一个单池监视单元被集成到控制电路中时，电路成本或布线成本有利地降低。所述至少一个单池监视单元有利地是Cell Supervising Circuit（单池监视电路）。
根据本发明的另一有利的构型规定，所述至少一个电池单池具有用于测量电池单池温度的温度传感器，其中在所述温度传感器中分别集成热熔保险装置。由此，用于制造根据本发明的电池系统的成本被有利地进一步降低，因为通常在电池系统、尤其是用在电动车辆中的电池系统的情况下给至少一组电池单池分别分配温度传感器，以便检测电池单池温度。在此，所检测的电池单池温度尤其是被用于控制用于对电池单池进行温控的冷却装置。
按照根据本发明的电池系统的另一有利的构型，控制电路被构造成环形线路。尤其是规定，所述至少一个热熔保险装置被集成到该环形线路中。电池管理系统有利地同样集成到环形线路中，其中电池管理系统有利地通过该环形线路为所述至少一个开关元件提供电压供给。如果电池系统包括至少一个单池监视单元，则根据另一有利的构型规定，环形线路被引导经过所述至少一个单池监视单元。
为了解决开头提到的任务，此外提出一种用于借助于至少一个连接在至少一个连接接触部之前的开关元件将具有至少一个电池单池的电池系统与通过至少一个连接接触部连接到电池系统的耗电器电隔离的方法，所述开关元件借助于控制电路被控制为使得所述至少一个开关元件在闭合的控制电路的情况下被闭合并且在中断的控制电路的情况下被断开，其中控制电路在超过预定电池单池温度时通过分配给所述至少一个电池单池的热熔保险装置的触发被中断，使得所述至少一个开关元件断开。在此，所述至少一个开关元件优选地连接在所述至少一个连接接触部之前。通过断开所述至少一个开关元件，电池系统有利地与至少一个所连接的耗电器或所连接的充电设备电隔离。尤其是规定，电池系统包括多个电池单池，其中在电池系统的每个电池单池处布置热熔保险装置。尤其是根据另一有利的构型规定，热熔保险装置被集成到用于检测电池单池温度的温度传感器中。热熔保险装置通过机械设计有利地被调整为使得其在所期望的预定义的电池单池温度时触发。尤其是可以规定，分别给一组电池单池、尤其是电池模块分配热熔保险装置，其中该热熔保险装置优选地布置在该组电池单池处。
另外规定，电池系统包括电池管理系统，其中控制电路的电压供给由电池管理系统来提供。在此优选地规定，尤其是当电池管理系统已经探测到超过温度极限值、但所述至少一个热熔保险装置还未被或仍未被触发时，所述至少一个开关元件附加地由电池管理系统来控制。由此，有利地提供附加的保险装置，该附加的保险装置有利地提高了断开所述至少一个开关元件的可靠性。
附图说明
本发明的另外的有利细节、特征和构型细节结合在图中示出的实施例被详细阐述。在此：
图1以示意图示出了根据本发明的电池系统的实施例；以及
图2以示意图示出了根据本发明的电池系统的另一实施例。
具体实施方式
分别在图1和图2中示出的电池系统1被构造用在混合动力、插电式混合动力或电动车辆中。在此，电池系统1包括多个电池单池2和电池管理系统8。在此，电池单池2优选地为可再充电的锂离子单池。电池单池2串联地彼此电接线成电池模块3，其中电池模块3又彼此电接线。
电池系统1具有两个用于连接耗电器和/或充电设备的连接接触部4，所述充电设备用于给电池系统1的电池单池2充电。在此，在相应的连接接触部4之前分别连接被构造成继电器的开关元件6。在此，电池系统1的开关元件6借助于控制电路5来控制，而且被控制为使得开关元件6在闭合的控制电路5的情况下被闭合并且开关元件6在中断的控制电路5的情况下被断开。在此，控制电路5被构造为环形线路。
在图1中所示的实施例中，控制电路5包括多个热熔保险装置7。所述热熔保险装置7被集成到控制电路5中，并且分别布置在电池模块3处，其中布置在电池模块3处的热熔保险装置7被分配给该电池模块的电池单池2。热熔保险装置7被构造为使得其在超过预定义的温度极限值时、例如在超过70℃的温度极限值时触发。
电池系统1的电池管理系统8同样集成到电池系统1的控制电路5中。在此，电池管理系统8为控制电路5提供电压供给。
在电池系统1的正常运行中、即尤其是当电池系统1在预先给定的所定义的极限值之内运行时，控制电路5被电流流经，使得电池系统的开关元件6保持闭合。连接到连接接触部4的耗电器因此可以被运行。
当电池单池2强烈地升温时，由升温的电池单池发出的热能作用于分配给该电池单池的热熔保险装置7。在此如果作用于热熔保险装置7的温度超过预定义的温度极限值，则热熔保险装置7触发，使得电路5被中断。作为其结果，开关接触部6断开并且电池系统1与连接到连接接触部4的设备、尤其是耗电器和/或充电设备电隔离。
在根据本发明的电池系统1的在图2中所示的实施变型中，电池系统1具有电池管理系统8和多个单池监视单元9。电池监视单元9优选地是分别被分配给电池模块3的Cell Supervision Circuit（单池监视电路）。在此，电池系统1的借助于其控制电池系统1的开关元件6的控制电路5作为环形线路被引导经过电池系统1的单池监视单元9和热熔保险装置7。控制电路5的电压供给由电池管理系统8来提供。根据一个可替代的构型，电池管理系统8可以是电池系统的电池控制设备、尤其是Battery Control Unit（电池控制单元）。
电池系统1的单池监视单元9被构造为检测电池单池参数。为了检测电池单池2的电池单池温度，单池监视单元9具有温度传感器（在图2中未明确示出）。在此，热熔保险装置7有利地集成到温度传感器中。
由温度传感器测量的电池单池温度被单池监视单元9作为测量值检测，并且由单池监视单元9传输给电池系统1的电池管理系统8。该电池管理系统8被有利地构造为分析所检测的测量值、尤其是如下地分析：是否已经超过了预先给定的电池单池温度、例如作为温度极限值预先给定的67℃的电池单池温度。该分析有利地可以在使用至少一个比较器电路的情况下进行。如果电池管理系统8已经探测到超过温度极限值，则其中断控制电路5的电压供给，使得开关元件6断开。也就是说，电池管理系统8被构造为主动地控制开关元件6。
附加于通过电池管理系统8的控制还规定，在集成到温度传感器中的热熔保险装置7触发时，控制电路5被中断并且开关元件6断开。在此，热熔保险装置7的触发可以有利地在与为电池管理系统8预定义的温度极限值不同的另一温度极限值情况下进行。由此，有利地实现了对电池系统1的分级的保护。
通过将在使用布置在电池单池2处的热熔保险装置7的情况下对开关元件6的根据本发明的断开与通过电池单池温度检测来断开开关元件6的方案相组合以及通过电池管理系统8操控开关元件6，与常规电池系统相比有利地提高了系统安全性。
在图中示出的并且结合图阐述的实施例用于阐述本发明并且不对本发明为限制性的。