電池系統、具有該系統的車輛和運行該系統的方法
【專利摘要】本發明涉及一種電池系統，包括多個單電池，在其上施加了單電池的電壓的負載電路，構造為采集流經負載電路的電流的電流傳感器，構造為評估電流傳感器的信號的電子單元，構造為借助電阻來限制流經負載電路的電流的、可連接到負載電路的預充電電路，在負載電路的、能夠通過預充電電路橋接的片段中的分離裝置，互相并聯布置并且與負載電路相連的第一耗電器電路和至少一個第二耗電器電路，其中與每個耗電器電路至少對應一個熔斷器，其中，所述電子單元構造為基于電流傳感器的信號來推斷是否有一個熔斷器熔斷。本發明還涉及一種具有電池系統的車輛和一種用于運行車輛中的電池系統的方法。
【專利說明】電池系統、具有該系統的車輛和運行該系統的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電池系統，包括：多個單電池（Zellen)，在其上施加了單電池的 電壓的負載電路，構造為采集流經負載電路的電流的電流傳感器，構造為評估電流傳感器 的信號的電子單元，構造為借助電阻來限制流經負載電路的電流的、可連接到負載電路的 預充電電路，在負載電路的、可以通過預充電電路橋接的片段中的分離裝置，互相并聯布置 并且與負載電路相連的第一耗電器電路和至少一個第二耗電器電路，其中與每個耗電器電 路至少對應一個熔斷器。此外，本發明還涉及一種具有電池系統的車輛，其中第一耗電器電 容與第一耗電器電路對應，并且其中第二耗電器電容與第二耗電器電路對應，以及本發明 還涉及一種用于運行車輛中的按照本發明的電池系統的方法。
【背景技術】
[0002] 具有多個單電池的電池系統特別地作為用于驅動電動和混合動力車輛的儲能器 被采用。作為過載保護，例如在與電池系統對應的耗電器中短路的情況下，在電池系統和耗 電器之間的電路中通常布置一個熔斷器。如果在電池系統和耗電器之間的電路中流過的電 流達到邊界值，則熔斷器熔斷并且由此斷開電路。如果導致過高的電流的原因消除了，則通 過更換熔斷器又使得電池系統和與電池系統對應的耗電器重新運行。對于熔斷器是否熔斷 的檢測，減輕了對具有這樣的電池系統的車輛的維護。
[0003] 從專利申請文件JP2010-146773A中公開一種電池系統，其中給出了一種用于電 池包的監視裝置，在所述監視裝置中保護裝置的觸發通過在電池包內部的兩個測量點上的 電壓測量和通過微型計算機對電壓測量的評估來識別。
[0004] 其缺陷在于，對于保護裝置是否熔斷的檢測需要自身的電壓測量。這一點一方面 增加了電池系統的安裝方面的開銷，因為需要附加的測量線。監視裝置的復雜性也提高，因 為必須采集附加的信號并且轉換到合適的形式。該附加開銷在與電池系統對應多個分別具 有一個本身的熔斷器的耗電器時還要翻倍。
【發明內容】
[0005] 本發明的要解決的技術問題是，改善提到類型的電池系統以及具有這樣的電池系 統的車輛，使得熔斷器的熔斷可以可靠地被識別，并且盡管如此卻在制造方面是簡單和低 成本的，以及給出一種用于制造用于車輛的這樣的電池系統的方法。
[0006] 上述技術問題通過一種電池系統解決，所述電池系統包括：多個單電池，在其上施 加了單電池的電壓的負載電路，構造為采集流經負載電路的電流的電流傳感器，構造為評 估電流傳感器的信號的電子單元，構造為借助電阻來限制流經負載電路的電流的、可連接 到負載電路的預負載電路，在負載電路的、可以通過預負載電路橋接的片段中的分離裝置， 互相并聯布置并且與負載電路相連的第一耗電器電路和至少一個第二耗電器電路，其中與 每個耗電器電路至少對應一個熔斷器，其中，電子單元構造為基于電流傳感器的信號來推 斷是否有一個熔斷器熔斷。
[0007] 上述技術問題還通過一種用于運行車輛中的電池系統的方法解決，所述電池系統 包括多個單電池，在其上施加了單電池的電壓的負載電路，構造為采集流經負載電路的電 流的電流傳感器，構造為評估電流傳感器的信號的電子單元，構造為借助電阻來限制流經 負載電路的電流的、可連接到負載電路的預負載電路，在負載電路的、可以通過預充電電路 橋接的片段中的分離裝置，互相并聯布置并且與負載電路相連的第一耗電器電路和至少一 個第二耗電器電路，其中與每個耗電器電路至少對應一個熔斷器，其中電子單元采集在預 充電過程中流經負載電路的電流的實際的電流曲線，或者在預充電過程中通過流經負載電 路的電流而轉化的實際的電荷量，并且與在電子單元上存儲的額定的電流曲線或額定的電 荷量進行比較，它們分別與在預充電過程中在負載電路中流過的電流相應或者與在預充電 過程中轉化的電荷量相應，并且電子單元基于在實際的電流曲線或實際的電荷量與額定的 電流曲線或額定的電荷量之間的比較來推斷是否有一個熔斷器熔斷了。
[0008] 按照本發明在電池系統和耗電器之間的電路閉合的情況下首先對耗電器的電容 充電。為了避免分離裝置在此遭受太高的電流，將電路首先經過預充電電路閉合。在預充 電電路中的電阻在此限制電流。在此在充電電路中調節的電流曲線取決于電阻、取決于相 應于其連接的單電池的總電壓、取決于耗電器的電容、以及取決于在預充電過程之前在電 容上施加的電壓。如果與負載電路并聯對應多個耗電器，則對于電流曲線起作用的電容與 各個耗電器電容的和相當。如果所有這些參量都已知，則可以事先確定預計的電流曲線并 且存儲在電子單元中。因為對于電流曲線起作用的電容當在耗電器電路中熔斷器熔斷時改 變，所以通過測量流經負載電路的電流并與預計的電流曲線進行比較可以推斷是否有一個 熔斷器熔斷。
[0009] 替代電流曲線，也可以使用電流的時間積分。通過形成電流的積分，可以確定在預 充電過程中轉換的電荷量，如果在預充電時起作用的電容完全充電則所述電荷量取離散的 值。這樣確定的實際的電荷量可以與預計的額定電荷量進行比較，由此可以推斷熔斷器的 熔斷。在實際的電荷量和額定的電荷量之間的比較與在實際的電流曲線和額定的電流曲線 之間的比較在技術上是同等價值的。但是在電子單元中的相應的數據處理中兩個離散的值 的比較比兩個時間曲線的比較更容易進行。
[0010] 按照本發明，耗電器在預充電過程期間表示一個除了結構上引起的微小的電阻和 電感之外的純的電容性負載。通常在預充電過程中就是這樣。如果耗電器激活，即，如果在 耗電器上下降了一個明顯的電壓，則不可能可靠推斷熔斷器熔斷。
[0011] 按照本發明，電容在預充電過程開始之前盡可能放電。通常在第一預充電過程開 始之前就是這樣，因為在車輛中的高壓電容通常具有至少一個放電裝置。通過這樣的放電 裝置，耗電器的電容在耗電器一旦解除激活時放電。如果電容在預充電過程開始之前完全 或幾乎完全充電，則在預充電過程中沒有或僅有很小的電流流動。在該情況下不可能可靠 推斷電容器熔斷。但是如果電容在預充電過程開始之前例如充電到大約一半或少于一半， 則可以可靠推斷熔斷器熔斷，而無需通過電子單元對電流信號進行采集的時間分辨率不合 理地提商。
[0012] 本發明的擴展在從屬權利要求、說明書以及附圖中給出。
[0013] 優選地在電子單元上存儲多個額定的電流曲線，其分別與在預充電過程中在負載 電路中流過的電流相應，其中每個存儲的額定的電流曲線對于具有至少一個熔斷的熔斷器 的電流曲線來說是特征性的。此外電子單元還構造為，根據在實際的電流曲線和存儲的額 定的電流曲線之間的比較來推斷熔斷器是否熔斷。通過實現在實際的電流曲線和具體的額 定的電流曲線之間的具體的比較可能性，使得實際上熔斷器熔斷的確定變得精確。由此可 以以更好的可靠性來推斷導致與額定的電流曲線偏離的實際的電流曲線的其他原因，例 如由耗電器本身的故障引起的。
[0014] 按照本發明的另一個構造，電子單元構造為，根據在實際的電流曲線和存儲的額 定的電流曲線之間的比較來推斷熔斷器中的哪一個熔斷。相應地設置具有按照本發明的電 池系統的車輛，其中第一耗電器電容與第一耗電器電路對應，并且其中第二耗電器電容與 第二耗電器電路對應，其中第一耗電器電容具有與第二耗電器電容不同大小的電容。視哪 個熔斷器熔斷而定，在預充電過程中電流曲線通過不同的電容而互相區別。在電池系統的 維護時的診斷通過對于哪個熔斷器熔斷的區分而變得特別容易。
[0015] 按照本發明的一種實施方式，可以在第一耗電器電路上連接第一變流器，其構造 為將由電池系統提供的直流電轉換為交流電并且將其輸送給車輛的驅動電機。第一耗電器 電容用作對于第一變流器的開關元件的能量中間存儲器，并且也稱為中間電路電容。為了 使得在開關元件上的電壓在開關過程期間不會崩潰，有利地將具有盡可能小的阻抗和電感 的中間電路電容連接到開關元件。由此第一耗電器電容優選直接布置在變流器中。
[0016] 按照本發明，在電池系統的第二耗電器電路上可以連接第二變流器，其構造為將 由電池系統提供的電壓向下變換并且輸送到車輛的車載電網。為了支持車載電網而需要的 電流需求與車輛驅動電機的電流需求相比明顯更小。因此作為中間電路電容與第二變流器 對應的第二耗電器電容通常比第一耗電器電容更小。
[0017] 按照本發明的另一個構造，具有按照本發明的電池系統的車輛具有第三耗電器電 路，其與第一和第二耗電器電路并聯布置并且與負載電路相連，并且其中與第三耗電器電 路至少對應一個熔斷器，其中在第三耗電器電路上可以連接充電設備，其構造為通過位于 車輛外部的能量源對單電池充電。
[0018] 按照本發明的實施方式，在電子單元上存儲的額定的電流曲線分別表征一個具有 至少一個熔斷的熔斷器的、在預充電過程中流過的電流曲線。通過該表征，通過電流傳感器 確定的實際的電流曲線與在電子單元上存儲的額定的電流曲線的對應，和由此對于熔斷器 是否熔斷的識別，變得特別簡單可行。
[0019] 按照本發明，電子單元根據在實際的電流曲線和額定的電流曲線之間的比較來推 斷，是第一耗電器電路的熔斷器還是第二耗電器電路的熔斷器熔斷了。在電池系統的維護 時的診斷通過對于哪個熔斷器熔斷的區分而變得特別容易。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 以下示例性在參考附圖的情況下描述本發明。其中：
[0021] 圖1示出具有電池系統的車輛的示意圖
[0022] 圖2示出在預充電過程中轉換的額定的電荷量的時間曲線，以及實際的電荷量的 曲線
[0023] 圖3示出在預充電過程中時間上的額定的電流曲線以及時間上的實際的電流曲 線。
【具體實施方式】
[0024] 圖1示出了具有電池系統1的車輛2的示意圖。多個單電池3互相串聯地導電連 接。單電池3的總電壓施加在負載電路4上。第一耗電器電路9.1具有熔斷器10. 1并且 與負載電路4相連。第二耗電器電路9. 2具有熔斷器10. 2并且也與負載電路4相連。第 一耗電器9. 1和第二耗電器9. 2互相并聯布置。第三耗電器電路9. 3具有熔斷器10. 3,與 負載電路4相連并且與第一和第二耗電器電路9. 1和9. 2并聯布置。在負載電路4中布置 了電流傳感器5,其構造為采集流經負載電路4的電流。電子單元6構造為評估電流傳感器 5的信號。負載電路4具有片段4. 1，在該片段中布置了分離裝置8,通過所述分離裝置，負 載電路4可以被斷開。負載電路4的該片段4.1可以通過預充電電路7橋接。預充電電路 7具有電阻7.1。預充電電路可以通過預充電電路分離裝置7. 2斷開。負載電路4可選地 也可以具有附加的分離裝置8. 1。
[0025] 第一耗電器電路9.1配備有第一耗電器電容11. 1。第一耗電器電容11. 1是第一 變流器12. 1的組成部分，所述變流器構造為將電池系統1的直流電轉換為交流電并且將該 交流電輸送給車輛2的驅動電機13。第二耗電器電路9. 2配備有第二耗電器電容11. 2。第 二耗電器電容11. 2是第二變流器的組成部分，所述變流器構造為將由電池系統（1)提供的 電壓向下變換并且輸送給車輛（2)的車載電網14。第三耗電器電路9. 3配備有第三耗電器 電容11. 3。第三耗電器電容11. 3與充電設備12. 3對應。充電設備12. 3構造為通過位于 車輛2外部的能量源對單電池3充電。
[0026] 在圖2中示意性示出了在預充電過程中轉換的電荷量L關于時間t的多條曲線。 Vsl相應于在預充電過程中轉換的電荷量L的第一時間曲線，其中所有的耗電器電容11. 1、 11. 2、11. 3起作用。在該第一時間曲線中相應地耗電器電路9. 1、9. 2、9. 3的所有的熔斷器 10. 1、10. 2、10. 3都完好。如果所有的耗電器電容11. 1、11. 2、11. 3完全充電，則在此轉換的 第一額定的電荷量取值Lsl。Vs2相應于在預充電過程中轉換的電荷量L的第二時間曲線，其 中僅第二和第三耗電器電容11. 2、11. 3起作用。第一耗電器電容11. 1不起作用，這可以推 斷出，第一耗電器電路10. 1的熔斷器熔斷。在第二時間曲線中Vs2第二轉換的額定的電荷量 取值Ls2，其明顯低于值L sl，因為第一耗電器電路11. 1具有比第二和第三耗電器電容11. 2、 11. 3之和更低的電容。第一和第二額定的電荷量Lsl和Ls2的值存儲在電子單元6上。
[0027] Vi相應于在預充電過程中轉換的實際的電荷量的時間曲線，如由電子單元6基于 電流傳感器5的信號確定的那樣。在該預充電過程中轉換的實際的電荷量取值Q。測量的 電荷量Q的值與存儲在電子單元6上的第一和第二額定電荷量L sl和Ls2的值比較。如果 在實際的電荷量Q和第一或第二額定的電荷量Lsl或L s2之間的差的絕對值低于邊界值，則 可以可靠地推斷，與第一耗電器電路對應的熔斷器10. 1熔斷。
[0028] 在圖3中示意性示出了在負載電路4中流過的電流i關于時間t的多個曲線，如 在預充電過程中出現的那樣。i sl相應于在預充電過程中在負載電路4中流過的電流的第 一額定的電流曲線，其中所有的耗電器電容11. 1、11. 2、11. 3起作用。在該第一電流曲線U 中相應地耗電器電路9. 1、9. 2、9. 3的所有的熔斷器10. 1、10. 2、10. 3完好。is2相應于在預 充電過程中在負載電路4中流過的電流的第二額定的電流曲線，其中僅第二和第三耗電器 電容11. 2、11. 3起作用。第一耗電器電容11. 1不起作用，這可以推斷出，與第一耗電器電 路9. 1對應的熔斷器10. 1熔斷。第一和第二額定的電流曲線isl和is2存儲在電子單元6 上。
[0029] h相應于在預充電過程中流經負載電路4的電流的實際的電流曲線，如由電流傳 感器5確定的那樣。實際的電流曲線h通過電子單元6與在其上存儲的額定的電流曲線 isl和is2進行比較，例如通過合適的窗口函數。如果在此識別，實際的電流曲線^與額定的 電流曲線i s2在很大程度上相應，可以可靠地推斷出，與第一耗電器電路9. 1對應的熔斷器 10. 1熔斷。
[0030] 附圖標記列表
[0031] 1電池系統
[0032] 2 車輛
[0033] 3 單電池
[0034] 4負載電路
[0035] 4. 1負載電路的片段
[0036] 5電流傳感器
[0037] 6 電子單元
[0038] 7預充電電路
[0039] 7. 1 電阻
[0040] 7.2預充電電路分離裝置
[0041] 8分離裝置
[0042] 8. 1附加的分離裝置
[0043] 9. 1第一耗電器電路
[0044] 9. 2第二耗電器電路
[0045] 9. 3第三耗電器電路
[0046] 10. 1第一耗電器電路的熔斷器
[0047] 10.2第二耗電器電路的熔斷器
[0048] 10.3第三耗電器電路的熔斷器
[0049] 11. 1第一耗電器電容
[0050] 11.2第二耗電器電容
[0051] 11.3第三耗電器電容
[0052] 12. 1第一變流器
[0053] 12. 2第二變流器
[0054] 12. 3第三變流器
[0055] 13驅動電機
[0056] 14車載電網
[0057] Vsl額定的電荷量的第一時間曲線
[0058] Vs2額定的電荷量的第二時間曲線
[0059] Vi實際的電荷量的時間曲線
[0060] L 電荷量
[0061] Lsl第一額定的電荷量
[0062] Ls2第二額定的電荷量
[0063] Li實際的電荷量
[0064] isl第一額定的電流曲線
[0065] is2第二額定的電流曲線
[0066] 實際的電流曲線
[0067] t 時間。
【權利要求】
1. 一種電池系統（1)，包括：多個單電池（3)，在其上施加了單電池（3)的電壓的負載電 路（4)，構造為采集流經負載電路（4)的電流的電流傳感器（5)，構造為評估電流傳感器（5) 的信號的電子單元（6)，構造為借助電阻（7. 1)來限制流經負載電路（4)的電流的、可連接 到負載電路（4)的預充電電路（7)，在負載電路（4)的、能夠通過預充電電路（7)橋接的片段 (4. 1)中的分離裝置（8)，互相并聯布置并且與負載電路（4)相連的第一耗電器電路（9. 1) 和至少一個第二耗電器電路（9. 2)，其中與每個耗電器電路（9. 1，9. 2, 9. 3)至少對應一個 熔斷器（10. 1，10. 2, 10. 3)， 其特征在于，所述電子單元（6)構造為基于電流傳感器（5)的信號來推斷是否有一個 熔斷器（10. 1，10. 2, 10. 3)熔斷。
2. 根據權利要求1所述的電池系統（1 )，其特征在于，在所述電子單元（6)上存儲多個 額定的電流曲線（isl，is2)或額定的電荷量（L sl，Ls2)，其分別與在預充電過程中流經負載電 路（4)的電流相應，其中每個存儲的額定的電流曲線（i sl，is2)或額定的電荷量（Lsl，Ls2)對 于具有至少一個熔斷的熔斷器（10. 1，10. 2, 10. 3)的電流曲線或轉換的電荷量來說是特征 性的。
3. 根據權利要求2所述的電池系統（1)，其特征在于，所述電子單元（6)構造為，根據在 實際的電流曲線（ii)或實際的電荷量（Q)和存儲的額定的電流曲線（i sl，is2)或額定的電 荷量（Lsl，Ls2)之間的比較來推斷是否有一個熔斷器（10. 1，10. 2, 10. 3)熔斷。
4. 根據權利要求3所述的電池系統（1 )，其特征在于，所述電子單元（6)構造為，根據在 實際的電流曲線（ii)或實際的電荷量（Q)和存儲的額定的電流曲線（i sl，is2)或額定的電 荷量（Lsl，Ls2)之間的比較來推斷熔斷器（10. 1，10. 2, 10. 3)中的哪一個熔斷了。
5. -種具有根據權利要求1所述的電池系統（1)的車輛（2)，其中第一耗電器電容 (11. 1)與第一耗電器電路（9. 1)對應，并且其中第二耗電器電容（11. 2)與第二耗電器電路 (9. 2)對應，其特征在于，第一耗電器電容（11. 1)具有與第二耗電器電容（11. 2)不同大小 的電容。
6. 具有根據權利要求1所述的電池系統（1)的車輛（2)，其特征在于，在所述第一耗電 器電路（9. 1)上能夠連接第一變流器（12. 1)，其構造為將由電池系統（1)提供的直流電轉 換為交流電并且將其輸送給車輛（2 )的驅動電機（13 )。
7. 具有根據權利要求1所述的電池系統（1)的車輛（2)，其特征在于，在所述第二耗電 器電路（9. 2)上能夠連接第二變流器（12. 2)，其構造為將由電池系統（1)提供的電壓向下 變換并且輸送到車輛（2)的車載電網（14)。
8. 具有根據權利要求1所述的電池系統（1)的車輛（2)，其中所述電池系統（1)，具有 第三耗電器電路（9. 3)，其與第一和第二耗電器電路（9. 1，9. 2)并聯布置并且與負載電路 (4)相連，并且其中與第三耗電器電路（9. 3)至少對應一個熔斷器（10. 3)， 其特征在于，在所述第三耗電器電路（9. 3)上能夠連接充電設備（12. 3)，其構造為通 過位于車輛（2 )外部的能量源對單電池（3 )充電。
9. 一種用于運行車輛（2)中的電池系統（1)的方法，所述電池系統（1)，包括：多個單電 池（3)，在其上施加了單電池（3)的電壓的負載電路（4)，構造為采集流經負載電路（4)的電 流的電流傳感器（5)，構造為評估電流傳感器（5)的信號的電子單元（6)，構造為借助電阻 (7. 1)來限制流經負載電路（4)的電流的、可連接到負載電路（4)的預充電電路（7)，在負載 電路（4)的、能夠通過預充電電路（7)橋接的片段（4. 1)中的分離裝置（8)，互相并聯布置并 且與負載電路（4)相連的第一耗電器電路（9. 1)和至少一個第二耗電器電路（9. 2)，其中與 每個耗電器電（9. 1,9. 2,9. 3)路至少對應一個熔斷器（10. 1，10. 2, 10. 3)， 其特征在于，所述電子單元（6)采集在預充電過程中流經負載電路（4)的電流的實際 的電流曲線（ii)，或者在預充電過程中通過流經負載電路（4)的電流而轉化的實際的電荷 量（LP，并且與在電子單元（6)上存儲的額定的電流曲線（i sl，is2)或額定的電荷量（Ls1，Ls2) 進行比較，它們分別與在預充電過程中流經負載電路（4)的電流相應或者與在預充電過程 中轉化的電荷量相應，并且所述電子單元（6)基于在實際的電流曲線（ij或實際的電荷量 (LJ與額定的電流曲線（isl，is2)或額定的電荷量（Lsl，L s2)之間的比較來推斷是否有一個熔 斷器（10. 1，10. 2, 10. 3)熔斷。
10. 根據權利要求9所述的用于運行車輛（2)中的電池系統（1)的方法， 其特征在于，在所述電子單元（6)上存儲的額定的電流曲線（isl，is2)分別表征一個具 有至少一個熔斷的熔斷器（10. 1，10. 2, 10. 3)的、在預充電過程中流過的電流曲線。
11. 根據權利要求9所述的用于運行車輛（2)中的電池系統（1)的方法， 其特征在于，在所述電子單元（6)上存儲的額定的電荷量（Lsl，Ls2)分別表征一個具有 至少一個熔斷的熔斷器（10. 1，10. 2, 10. 3)的、在預充電過程中轉換的電流。
12. 根據權利要求9所述的用于運行車輛（2)中的電池系統（1)的方法， 其特征在于，所述電子單元（6)根據在實際的電流曲線（ij或實際的電荷量（LJ和 額定的電流曲線（isl，is2)或額定的電荷量（Lsl，Ls2)之間的比較來推斷，是第一耗電器電路 (9. 1)的熔斷器（10. 1)還是第二耗電器電路（9. 2)的熔斷器（10. 2)熔斷了。
【文檔編號】H02J7/00GK104104129SQ201410128229
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月1日 優先權日:2013年4月5日
【發明者】T.特拉思尼格 申請人:麥格納斯太爾電池系統兩合公司