运行蓄能单元的方法、实施这种方法的电池管理系统以及具有这种电池管理系统的蓄能单元

技术领域

本发明涉及一种用于运行蓄能单元（Energiespeichereinheit）的方法，所述蓄能单元具有多个彼此电接线的电池组电池，所述电池组电池分别包括过压保护设备和电池保险装置，其中分别如下地监控附在蓄能单元的电池组电池上的电池组电池电压：所述电池组电池电压是否大于预先给定的电池电压最小值，其中在电池组电池电压下降到电池电压最小值之下时切断蓄能单元。

除此之外，本发明还涉及一种用于监控和调节蓄能单元的运行的电池管理系统，所述蓄能单元具有多个彼此电接线的电池组电池。

此外，本发明还涉及一种具有电池管理系统的蓄能单元。

背景技术

具有多个彼此电接线的电池组电池的蓄能单元尤其是对于电动车辆是非常重要的。这样，在混合动力车辆、插电式混合动力车辆和电动车辆中，具有多个二次电池组电池的电池组系统被用作蓄能单元，为了提高电池组系统的功率和/或容量，所述多个二次电池组电池彼此电接线。

在此，尤其是将多个电池组电池电地接线成一个电池组模块，其中多个电池组模块又被接线成一个电池组系统。

尤其是棱柱形构造的锂离子电池被用作在这种电池组系统中的电池组电池。在电池组电池运行时、尤其是在锂离子电池的情况下，必须保证：所述电池组电池在一定运行极限内运行，以便确保电池的长的使用寿命和电池组系统的安全性。为此，电池组系统通常包括电池管理系统，所述电池管理系统被构造用于监控和调节电池组系统的运行。

尤其是公知了用于电池组系统或电池组电池的多种安全装置，所述安全装置在出现故障或损坏（Defekt）时有助于不从电池组系统发生危险。

例如，如电池组电池在充电过程中的过量充电那样的故障（Stoerung）可能导致电池组电池的危及的（kritisch）加热，所述危及的加热可能以电池组电池的热失控（英文：“thermal runaway”）告终。在此，尤其是在电池组电池中开始不期望的化学反应。这样，对于在电池组电池的阳极与阴极之间的离子传输必要的电解质由于所述危及的加热而可能分解并且转变到气态。

为了阻止在可再充电的电池组电池的情况下由于电池组电池的过量充电引起的这样的气体形成，公知的是具有也称“Overcharge Safety Device（过量充电安全装置）”（OSD）的过压保护设备的电池组电池。例如从出版文献DE 10 2011 002 659 A1和DE 102012 200 868 A1公知一种具有这种过压保护设备的电池组电池。

迄今为止，不利地，过压保护设备的触发直接导致了蓄能单元的切断，尤其是因为所涉及到的电池的电池组电池电压在这种情况下下降到电池电压最小值之下，而且电池组电池电压下降到电池电压最小值之下是故障状态。如果在电动车辆中采用的蓄能单元被切断，那么这不利地导致车辆的抛锚（Liegenbleiber）。接着，继续行驶是不可能的。

在该背景下，本发明的任务是，提供一种方法和装置，所述方法和装置能够实现改善地运行具有多个彼此电接线的电池组电池的蓄能单元。在此，尤其是应该进一步减少蓄能单元的切断的出现，使得被连接到蓄能单元上的耗电器装置，尤其是混合动力车辆、插电式混合动力车辆或电动车辆可以有利地以进一步被提高的可靠性来运行。

发明内容

为了解决该任务，提出一种用于运行蓄能单元的方法，所述蓄能单元具有多个彼此电接线的电池组电池，所述电池组电池分别包括过压保护设备和电池保险装置，其中分别如下地监控附在蓄能单元的电池组电池上的电池组电池电压：所述电池组电池电压是否大于预先给定的电池电压最小值，其中在电池组电池电压下降到电池电压最小值之下时切断蓄能单元，并且其中在触发相应的过压保护设备方面监控电池组电池，其中当蓄能单元的电池组电池的电池组电池电压低于电池电压最小值并且在此识别到所述电池组电池的过压保护设备的触发时，继续运行蓄能单元。也就是说，在按照本发明的方法中，当电池组电池电压低于预先给定的电池电压最小值并且此外还识别到所述电池组电池的过压保护设备的触发时，蓄能单元不被切断。

因此，在按照本发明的方法中充分利用的是：在具有被触发的过压保护设备的电池组电池的情况下，电流可以继续流过该电池组电池的外壳。在此，总是发生如下电压降：所述电压降取决于流动的电流的值以及材料特性和电流路径的情况（Beschaffenheit），因此尤其是取决于电池外壳、过压保护设备和过压保护设备与电池外壳的接触面。在此，该电压降小于预先给定的电池电压最小值。然而替代于在低于电池电压最小值时切断蓄能单元（这尤其是在电动车辆的情况下导致抛锚），现在有利地能够实现当已经识别到过压保护设备的触发时继续运行蓄能单元。也就是说，经此可以有利地排除：电压不足的原因是出现在蓄能单元中的过电流。在此，尤其是可以在被减小的功率的情况下实现继续运行蓄能单元。

尤其是规定，蓄能单元是电池组系统，所述电池组系统被构造用于提供对于运行混合动力车辆、插电式混合动力车辆或电动车辆必要的电能。在此，尤其是二次电池组电池、也就是说可再充电的蓄电池组电池（Akkumulatorzelle）、优选地锂离子电池被设置作为电池组电池。

在目前所采用的锂离子电池的情况下，在运行电池组电池时通常不允许低于的预先给定的电池电压最小值例如为2.8伏特。除此之外，在这种电池组电池的情况下通常不允许超过电池电压最高值。所述电池电压最高值在目前所使用的锂离子电池的情况下尤其是为4.2伏特。

尤其是被置入到电池组电池的电池外壳中的薄膜、尤其是被置入到电池组电池的电池外壳的罩中的薄膜被设置作为英语也称Overcharge Safety Device或者简称OSD的过压保护设备，，所述薄膜与电池组电池的正极导电地连接。在此，该薄膜在无故障的状态下、即在未被触发的状态下翘曲（woelben）到电池外壳中、即朝电池内部翘曲。如果在电池组电池中的压力上升，那么薄膜被向外、即远离于电池内部地挤压，并且导电地接触被布置在电池组电池的负极上的接触桥。这样被建立的在该薄膜与该接触桥之间的导电连接有利地具有比电池的化学活性部分（所述化学活性部分例如可以被构造为电池绕组或卷绕（JellyRoll））更小的电阻，由此电流不再流过电池组电池，而是流过电池组电池的电池外壳。也就是说，短路电流被构造。为了中断通过电池组电池的电池外壳和化学活性部分构造的短路电流，电池组电池具有电池保险装置。所述电池保险装置有利地在未被触发的状态下提供从电池组电池的化学活性部分到电池组电池的正极或到电池组电池的电池外壳的导电连接。在出现过电流的情况下并且因此尤其是即使在出现短路的情况下，所述电池保险装置也有利地触发，并且因此中断该导电连接，使得不再有电流流过电池组电池的化学活性部分。

在按照本发明的方法中，有利地，流过被触发的过压保护设备的电池电流被限制于预先确定的电流极限值。经此，有利地阻止了：过压保护设备、尤其是过压保护设备的薄膜由于过高电流而被损坏并且因此不再可能有电流流过电池外壳，这尤其是会导致蓄能单元的切断。

依据按照本发明的方法的另一有利的构建方案规定：借助于电流传感器来监控：是否已经在蓄能单元中出现过电流。为此，尤其是霍尔传感器和/或分流器被设置作为电流传感器。如果已经在蓄能单元中出现过电流，那么为此经常的原因是外部短路。因而，有利地，蓄能单元在检测到过电流时被切断。因为这种外部短路、例如由于在电池组电池上的绝缘损坏造成的短路可能导致：所涉及到的电池组电池的电池保险装置触发，而电流传感器不曾检测到出现的过电流，所以在出现过电流方面的监控是有利的附加准则。在此，该准则有利地附加地被用于监控过压保护设备的触发。

此外，尤其是规定：在按照本发明的方法中，在电池保险装置的触发方面监控电池组电池。尤其是规定：监控电池保险装置是否例如由于通过外部短路造成的过电流而已经被触发，而过电流保护装置不曾触发。这尤其是可以通过监控电池组电池的电池组电池电压来实现。如果电池组电池的电池组电池电压下降到零伏特，那么这指明所述电池组电池的电池保险装置已经触发。尤其是，电池保险装置可以是保险丝。如果只有电池保险装置已经触发，那么蓄能单元有利地被切断。

依据按照本发明的方法的一特别优选的构建方案，为了监控蓄能单元的电池组电池的过压保护设备的触发而检查：相应的电池组电池的电池电流是否不等于零安培并且电池组电池电压是否具有在下限电压值与上限电压值之间的电压值，其中上限电压值小于电池电压最小值并且大于下限电压值。例如，下限电压值可以为0.2伏特，上限电压值可以为1.0伏特，而且电池电压最小值可以为2.8伏特。如果满足所述准则，那么也就是说，电池保险装置已经触发而且过压保护设备已经建立导电连接。因为为了可以附有这种在极限值之内的电池组电池电压，必须在蓄能单元中出现运行电流并且因此尤其是电池电流必须流过所涉及到的电池组电池，因此该电池电流必须不等于零安培。在此，该电池电流优选地利用电流传感器、尤其是利用霍尔传感器和/或分流器来检测。对电池组电池电压的监控优选地在使用电池监控单元的情况下、尤其是借助于所谓的电池监控电路（Cell SupervisingCircuit）（简称CSC）来实现。

按照本发明的方法的另一特别有利的构建方案规定：在检测到蓄能单元的电池组电池的电池组电池电压下降到电池电压最小值之下的情况下，最早在预先确定的时间间隔期满之后切断蓄能单元。在此，尤其是规定：当在所述时间间隔之内识别到所述电池组电池的过压保护设备的触发时，继续运行蓄能单元。优选地，该时间间隔小于1秒。尤其是规定：该时间间隔在10^-3秒与10^-2秒之间。通过该时间间隔，有利地提供如下时间缓冲器，所述时间缓冲器优选地尤其是被安排（bemessen）为使得补偿如下因素：如尤其是对电池组电池电压的下降和过压保护设备的触发的异步检测、和/或信号传播时间和/或分析时间。

有利地，尤其是当蓄能单元是在混合动力车辆、插电式混合动力车辆或电动车辆中采用的电池组系统时，该蓄能单元的电池组电池的过压保护设备的被识别到的触发作为事件被写入到故障存储器中。经此，有利地，以简化的方式可确定的是：相对应的电池组电池或者必要时整个电池组模块要被更换。

按照本发明的方法的另一有利的构建方案规定：蓄能单元的电池组电池的过压保护设备的被识别到的触发被信令化（signalisieren）、优选地通过显示设备可视地和/或声学地被信令化。尤其是在混合动力车辆、插电式混合动力车辆或者电动车辆中采用的蓄能单元的情况下规定：在信令化的范围内，相对应的通知被产生到车辆的在车辆驾驶员的可视范围内的显示设备上。

此外，尤其是还规定：在识别到在电动车辆中采用的蓄能单元的电池组电池的过压保护设备的触发时将车辆切换到所谓的跛行回家模式（Limp-Home-Mode），所述跛行回家模式使得在损坏的电池组电池的情况下至少还能够驶过确定的路程，尤其是以便可以驶向（ansteuern）修理厂。

此外，为了解决在开头所提到的任务，还提出一种用于监控和调节蓄能单元的运行的电池管理系统，所述蓄能单元具有多个彼此电接线的电池组电池，其中所述电池管理系统被构造为实施按照本发明的方法。为此，电池管理系统尤其是包括控制单元、例如微控制器电路。在此，对电池组电池电压的检测有利地借助于所谓的电池监控单元来实现，所述电池监控单元将所检测到的电池组电池电压值提供给电池管理系统、尤其是提供给控制单元。有利地，电流测量值利用霍尔传感器和/或分流器来检测，并且同样被提供给电池管理系统、尤其是控制单元用于分析。为了检查是否遵循确定的极限值，尤其是设置有至少一个所谓的比较器单元。

此外，为了解决在开头所提到的任务，还提供一种蓄能单元，所述蓄能单元具有多个彼此电接线的电池组电池以及用于监控和调节蓄能单元的运行的电池管理系统，其中所述电池管理系统被构造为按照本发明的电池管理系统。也就是说，按照本发明的蓄能单元的电池管理系统尤其是被构造为实施按照本发明的方法。有利地，该蓄能单元是一种被构造用于提供对于运行混合动力车辆、插电式混合动力车辆或者电动车辆必要的电能的蓄能单元、尤其是一种电池组系统。在此，电池组电池优选地是二次电池组电池，即可再充电的蓄电池组电池、优选地锂离子电池。

附图说明

本发明的其它的有利的细节、特征和构建方案详情与在附图中所示出的实施例相关联地进一步被解释。在此：

图1a以示意图示出了针对在现有技术中公知的具有未被触发的过压保护设备的电池组电池的实施例；

图1b以示意图示出了在图1a中示出的具有被触发的过压保护设备的电池组电池；

图2示出了针对具有未被触发的过压保护设备的电池组电池的简化等效电路图；

图3示出了针对具有被触发的过压保护设备的电池组电池的简化等效电路图；

图4示出了针对具有被触发的过压保护设备和被触发的电池保险装置的电池组电池的简化等效电路图；

图5以简化图示出了电池组电池在按照本发明的蓄能单元的运行期间的电池电流变化过程和电池电压变化过程；和

图6以简化示意图示出了针对按照本发明的蓄能单元的实施例。

具体实施方式

图1a和图1b分别示出了针对在现有技术中公知的电池组电池1的一个实施例。尤其是，这种电池组电池1可以是按照本发明的蓄能单元的电池组电池。在此，电池组电池1在所示出的实施例中是被构造为棱柱形电池的锂离子电池。

在此，电池组电池1具有金属电池外壳2。电极装置5、例如也称“卷绕（JellyRoll）”的电池绕组被插入（einbringen）到电池外壳2中。在此，电极装置5的阴极和阳极通过集流器9、10与作为电池接线端子从电池外壳2伸出的第一电极3和第二电极4接触。

此外，电池组电池1还包括尤其是也被称作“Overcharge Safety Device（过量充电安全装置）”的过压保护设备。如果在电池外壳2之内的压力例如由于电池组电池1的通过该电池组电池的过量充电引起的危及的加热而升高，那么过压保护设备6如在图1b中所示出的那样触发。在此，被触发的过压保护设备6'通过电池外壳2在第一电极3与第二电极4之间构造导电连接。在此，电池组电池1的过压保护设备6尤其是包括：被插入到电池外壳开口中的薄膜8，以及接触桥7。在此，在未被触发的状态下，薄膜8朝电池内部翘曲，如在图1a中所示出的那样。如果在电池外壳2内部的压力提高，那么薄膜8向外弯曲直到该薄膜8导电地接触所述接触桥7，如在图1b中所示出的那样。在这种情况下，通常构造有经过电极装置5和电池外壳2的短路电流，所述短路电流导致电池组电池1的电池保险装置11的触发。

参考图2至图5进一步解释按照本发明的方法。在此，在图2至图4中分别示出了电池组电池1的简化等效电路图。在此，等效电压源12代表由电池组电池1提供的电压。电池组电池1的作为标准（massgeblich）通过该电池组电池的电极装置、例如电池绕组来确定的内阻在相应的等效电路图中通过等效电阻13来表示。在作为等效电路图的图2至图4中被示出的电池组电池1包括第一电极3和第二电极4，通过所述第一电极3和第二电极4，电池组电池1与其它的在图2至图4中未被示出的电池组电池接线成蓄能单元。在此，尤其是多个这种在作为等效电路图的图2中被示出的电池组电池1彼此电接线成串联电路和/或电接线成并联电路，并且因此形成蓄能单元。此外，电池组电池1还包括过压保护设备6和电池保险装置11、尤其是保险丝。

在此，在图2中示出了在蓄能单元之内的电池组电池1的正常的、无故障的运行。在图3中示出了具有被触发的过压保护设备6'的电池组电池1。在图4中示出了具有被触发的过压保护设备6'和被触发的电池保险装置11'的电池组电池1。在此，图5示例性地示出了电池电流15的以及电池组电池电压14的变化过程。在此，区段A关联图2，区段B关联图3，而区段C关联图4。在图5中的轴20、23代表时间值，轴21代表电压值，而轴22代表电流值。

在图2中所示出的无故障运行的情况下，在电池组电池1的第一电极3与第二电极4之间降落有电池组电池电压14，而且电池电流15经过内阻13从第一电极3流到第二电极4或相反地从第二电极4流到第一电极3。为此，在图5中，在区段A中示例性地示出了电池组电池电压14的变化过程和电池电流15的变化过程。在此，在正常运行时，电池组电池电压14大于预先确定的电池电压最小值16，所述电池电压最小值16在本实施例中用2.8伏特确定。除此之外，在正常运行时，电池组电池电压14小于预先确定的电池电压最高值，所述电池电压最高值在本实施例中用4.2伏特确定。在该极限值之内，尤其是阻止了电池组电池1的过度放电和过量充电。

电池电流15的变化过程尤其是取决于电池组电池1是被充电还是能量从电池组电池1被取出。在此，依据按照本发明的方法，分别如下地监控附在蓄能单元的电池组电池1上的电池组电池电压14：所述电池组电池电压14是否大于预先给定的电池电压最小值16、即在本实施例中大于2.8伏特。在此，尤其是规定：在电池组电池电压14下降到电池电压最小值16之下时切断蓄能单元。然而，如果除了电池组电池电压14下降到电池电压最小值16之下以外还识别到电池组电池1的过压保护设备6的触发，那么该蓄能单元继续运行。

在图3中示例性地示出了：过压保护设备6已经触发。对此，在图3中用附图标记6'来示出被触发的过压保护设备。由于过压保护设备6的触发，构造有作为在电池组电池1之内的电池电流15的短路电流。在此，电池组电池电压14暴跌（einbrechen），这在图5中的区段B中被示出。在此，在图5中所示出的其中其中电池组电池电压14取0伏特的值而电池电流15在数值方面升高的区段B持续几毫秒，接着由于短路而变得更大的电池电流15触发电池保险装置11，这在图4中示例性地被示出。

由于被触发的电池保险装置11'，不再有电流流过电池组电池1或所述电池组电池1的由内阻13代表的电极装置，而是有电池电流15流过电池组电池1的电池外壳和被触发的过压保护设备6'。

由于经过电池外壳和被触发的过压保护设备6'的不是无电阻的导电连接，在第一电极3与第二电极4之间降落有电池组电池电压14。该电池组电池电压14如在图5中的区段C中所示出那样大于0伏，但是小于电池电压最小值16。尤其是，所述电池组电池电压取在预先确定的下限电压值19与上限电压值18之间的值。

在此，有利地，借助于按照本发明的其中监控电池组电池电压的方法来识别过压保护设备6的和电池保险装置11的触发，使得尽管电池组电池电压14下降到电池电压最小值16之下但是不切断蓄能单元。

在此，借助于按照本发明的方法，首先识别电池组电池电压14在触发过压保护设备6之后、即在从区段A过渡到区段B时下降到电池电压最小值之下。在比图5中所示出的区段B更大的时间间隔之内，一方面检查：电池电流15是否已经取不同于零安培的值。此外还检查：电池组电池电压14是否在下限电压值19与上限电压值18之间。因为两个前提都满足，所以确定：过压保护设备6和电池保险装置11已经触发。因此，蓄能单元利用有故障的电池组电池1继续运行。

尤其是为了阻止被触发的过压保护设备6'由于过高的电池电流15被损坏，蓄能单元的最大容许电流被减小并且因此电池电流15被减小到预先确定的电流极限值24上。在图5中示例性地由箭头25示出了所述减小。因此，有利地，蓄能单元可以继续运行。

在图6中，在简化示意图中示出了按照本发明的蓄能单元26。所述蓄能单元26被构造为电池组模块并且包括多个彼此电接线的电池组电池1，所述电池组电池1尤其是可以如与图1a和图1b相关联地被解释的那样来构造。在此，所述电池组电池1彼此电接线、尤其是电串联。为此，所述电池组电池1通过被集成到电池组模块罩27中的电池连接器彼此导电地连接。除此之外，在图6中没有明确地被示出的电池管理系统被集成到电池组模块罩27中，其中所述电池管理系统被构造用于监控和调节蓄能单元26的运行。该电池管理系统尤其是被构造为实施按照本发明的方法、尤其是按照本发明的与图2至图5相关联地被解释的方法。

在附图中被示出的并且与所述附图相关联地被解释的实施例用于解释本发明而且不限于此。