用于將蓄電池轉變到放電的狀態的方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于將蓄電池轉變到放電的狀態的方法、蓄電池系統、變換器、用于產生交流電壓的系統、充電電流源和機動車。蓄電池系統還包括可控制的變換器，其具有帶有串聯連接的通過變換器的外部的控制可切換的功率開關的至少并聯的電流分路、以及包括可控制的充電和分離裝置，其具有帶有在蓄電池與變換器之間的充電電流源的中斷的電流通路。方法包括：測量蓄電池系統的絕緣電阻值；確定所測量的絕緣電阻值不低于最小電阻值；在時間上在確定之后控制變換器，以接通在并聯的電流分路中的至少一個中的功率開關，以同時接通在至少一個電流分路中的功率開關；以及在時間上在控制變換器之后控制充電和分離裝置，以通過閉合電流通路來閉合電流回路。
【專利說明】用于將蓄電池轉變到放電的狀態的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于將蓄電池特別是鋰離子蓄電池轉變到放電的狀態的方法。此外，本發明涉及一種用于蓄電池系統的蓄電池管理系統、變換器、用于產生交流電壓的系統和充電電流源。此外，本發明涉及一種機動車。
【背景技術】
[0002]用于產生交流電壓的大功率蓄電池系統經常包括基于鋰離子技術的蓄電池和具有在并聯的電流分路上串聯設置的功率開關的也稱為變換器的逆變器。如果這樣的蓄電池系統的變換器包括三個或更多并聯的電流通路，那么該蓄電池系統能夠直接被構造為給用于驅動混合動力和電動車輛的、適用于扭矩產生的機器供電。這樣的蓄電池系統也稱為牽引用蓄電池系統或縮寫為牽引蓄電池。
[0003]為了達到在混合動力和電動車輛中和在其他的基于交流電壓的應用中需要的功率和能量數據，蓄電池具有可達450伏特的電壓。為此，在牽引蓄電池中將各個蓄電池單元串聯并且部分附加地并聯連接。
[0004]因此，在大功率蓄電池中通常超過60伏特的電壓邊界，其對于通過人員的觸碰被分級為不危險的。
[0005]在圖1中示出根據現有技術的蓄電池系統的原理圖。除了蓄電池單元140之外蓄電池系統還具有一個所謂的充電和分離裝置130，其在圖1中設置在蓄電池的正極100與蓄電池單元140之間。通過斷路開關120和斷路開關125能夠將蓄電池單元的正極與蓄電池的正極電隔離。通過斷路開關120也能夠將蓄電池單元的正極低阻地亦即具有小的電阻地與蓄電池的正極電連接。在打開的斷路開關120的情況下蓄電池單元的正極也能夠通過斷路開關125經由充電電流源110與蓄電池的正極電連接。作為可選擇的功能單元在圖1中示出了另一分離裝置170，通過所述分離裝置蓄電池如果需要能夠經由第二斷路開關150雙極地與蓄電池160的負極分離。
[0006]在圖2中示出了根據現有技術的電驅動系統的原理圖，如例如在電動和混合動力車輛中采用的那樣。電動機200—其例如構造為異步電機一通過變換器或脈沖逆變器210供電。
[0007]在現在已知的蓄電池系統中通常的是，蓄電池在識別到重要的狀態時例如事故——其中監管系統被釋放一一與車輛的牽引車輛電路隔離。一旦通過第二分離裝置的存在是可能的，那么在此實現變換器的雙極的隔離。
[0008]文獻W0002009011749A1公開了一種用于在蓄能系統中抑制熱事件的擴展的方法，所述蓄能系統具有多個蓄電池單元。所述方法包括在蓄能系統中或在多個蓄電池單元中識別熱源的步驟、檢測蓄能系統的確定的預定的狀態的是否存在的步驟以及如果上述的狀態之一被檢測到執行前面確定的行動的步驟。
【發明內容】
[0009]依據本發明提出了一種用于對由蓄電池系統包括的蓄電池放電的方法。在此，所述蓄電池系統還包括可控制的變換器，其具有帶有串聯連接的通過所述變換器的外部的控制可切換的功率開關的并聯的電流分路、以及包括可控制的充電和分離裝置，其具有帶有在所述蓄電池與所述變換器之間的充電電流源的中斷的電流通路。
[0010]所提出的方法的特征在于以下步驟:
[0011].測量所述蓄電池系統的絕緣電阻值；
[0012].確定所測量的絕緣電阻值不低于最小電阻值；
[0013].在時間上在所述確定之后控制所述變換器，以接通在所述并聯的電流分路中的至少一個電流分路中的所述功率開關，以同時接通在所述至少一個電流分路中的所述功率開關；以及
[0014].在時間上在控制所述變換器之后控制所述充電和分離裝置，以通過閉合所述電流通路來閉合電流回路。
[0015]如果在變換器的至少一個分路中所有串聯連接的功率開關被接通，那么能夠通過充電電流源受控地在變換器的輸出端上沒有功率地建立蓄電池的能源。在事故之后時間延遲地由蓄電池系統或蓄電池引起的危險由此被進一步最小化。
[0016]此外按照本發明提出一種用于蓄電池系統的蓄電池管理系統，其中，所述蓄電池系統被構造為用于借助于由所述蓄電池系統包括的蓄電池和同樣包括的可控制的變換器產生交流電壓，其中，變換器具有帶有各自串聯連接的通過所述變換器的外部的控制可切換的功率開關的并聯的電流分路。在此，所述蓄電池系統包括充電和分離裝置，其具有帶有在所述蓄電池與所述變換器之間的充電電流源的電流通路，并且所述蓄電池管理系統被構造為控制所述變換器。
[0017]所述蓄電池管理系統的特征在于，所述蓄電池管理系統被構造為如此控制所述變換器，以同時接通在所述并聯的電流分路中的至少一個電流分路中的功率開關。
[0018]如果所述充電和分離裝置是可控制的并且所述電流通路借助于控制是可閉合的并且是可中斷的，那么能夠在蓄電池管理系統的一個實施形式中所述蓄電池管理系統被構造為在在所述并聯的電流分路中的至少一個電流分路中的功率開關同時接通的情況下通過控制所述充電和分離裝置來閉合所述電流通路并且繼而閉合電流回路。
[0019]通過借助于在充電和分離裝置中的電流通路閉合所述電流回路實現了蓄電池能量的減少的可靠的導入。
[0020]如果所述蓄電池系統包括可控制的另一閉合和分離裝置，其具有借助于控制可閉合并且和可中斷的在所述蓄電池系統與所述變換器之間的另一條電流通路，那么所述蓄電池管理系統在所述實施例的改進中被構造為，在閉合所述電流通路之前在同時接通在所述并聯的電流分路中的至少一個電流分路中的功率開關時通過控制所述另一閉合和分離裝置來閉合所述另一條電流通路。
[0021]通過借助于在所述充電和分離裝置中的電流通路來閉合所述電流回路實現了蓄電池能量的減少的可靠的導入。
[0022]在另一實施形式中，能夠將所述蓄電池管理系統設置為間隔地中斷所述電流通路。
[0023]因此，能夠避免充電電流源的過載。[0024]在另一實施形式中，能夠將所述蓄電池管理系統設置為基于模型確定是否存在所述充電電流源的有威脅的過載。
[0025]因此能夠預測充電電流源的有威脅的過載。
[0026]在又一另外的實施形式中將所述蓄電池管理系統構造為，如此控制所述變換器，以同時接通在所有并聯的電流分路中的至少兩個功率開關。
[0027]依據本發明還提出一種用于借助于由所述蓄電池系統包括的蓄電池產生交流電壓的蓄電池系統的變換器。所述變換器包括至少并聯的電流分路，其具有串聯連接的通過所述變換器的外部控制可切換的功率開關。
[0028]所述變換器的特征在于，針對外部控制設置所述變換器，其引起同時接通在所述并聯的電流分路中的至少一個電流分路中的所述功率開關。
[0029]依據本發明也提出一種用于產生具有電能的交流電壓的系統，其中所述系統包括依據本發明的蓄電池管理系統、依據本發明的變換器、蓄電池和具有帶有在蓄電池與變換器之間的充電電流源的電流通路的充電和分離裝置。
[0030]依據本發明還提出一種用于依據本發明的系統的充電電流源，其中所述充電電流源設置為，基于所述蓄電池的最大充電狀態，將所述蓄電池不中斷地過載安全地放電。
[0031]依據本發明最后提出一種機動車，其具有適用于扭矩產生的機器和依據本發明的用于給所述適用于扭矩產生的機器供以電能的系統。
[0032]在一個實施形式中依據本發明的方法特別地包括所述步驟:
[0033]?控制所述充電和分離裝置和另一具有另一借助于控制在蓄電池系統與變換器之間可閉合和可中斷的電流通路的閉合和分離裝置以便在兩側中斷在蓄電池與變換器之間的電路回路；
[0034].測量所述蓄電池的絕緣電阻值；
[0035].確定所述蓄電池的測量的絕緣電阻不低于最小電阻值；以及
[0036].在時間上在所述控制變換器之后并且在時間上在所述控制充電和分離裝置之前，控制所述另一閉合和分離裝置以便閉合所述另一電流通路。
[0037]在所述方法的該實施形式或另一實施形式中，在時間上跟隨控制所述充電和分離裝置之后，能夠反復地控制所述充電和分離裝置以便中斷并隨后再閉合所述電流回路以便閉合所述電流回路。
[0038]在所述方法的另一實施形式中，所述方法還能夠在控制所述變換器之前包括測量所述變換器的絕緣電阻值以及確定所述變換器的所述測量的絕緣電阻不低于另一最小電阻值。
[0039]所述方法此外還能夠包括反復測量在閉合的電流回路時所述蓄電池的充電狀態、通過所測量的充電狀態確定是否低于充電狀態邊界以及繼續控制充電和分離裝置和所述另一閉合和分離裝置以便繼續在兩側中斷在所述蓄電池與所述變換器之間的電流回路。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0040]根據附圖和隨后的描述對本發明的實施例進一步進行闡明。
[0041]圖1示出了根據現有技術的蓄電池系統的原理圖；
[0042]圖2示出了根據現有技術的驅動系統的原理圖；以及[0043]圖3示出了依據本發明的方法的示例性的實施形式的原理圖。
【具體實施方式】
[0044]對用于產生交流電壓的、例如鋰離子蓄電池的、具有帶有在并聯的電流分路上串聯設置的變換器的蓄電池系統的伴隨研發的測試已經表明，在蓄電池系統——其在機械測試之后雖然大的機械力作用于所述蓄電池在測試期間首先沒有造成問題——中多次出現情況，其中首先普通的蓄電池系統在機械測試之后幾周著火。
[0045]本發明的在下文中更準確地描述的示例性的實施形式允許，蓄電池單元在事故之后或在重要的技術問題時——例如通過未按規定的工作的充電裝置的有威脅的過載——通過受控的放電轉變到一個安全的狀態。而且蓄電池在該安全的狀態下更長的停留不能夠導致著火。蓄電池單元在此如此被放電，以使得自如內部的短路不再能夠導致蓄電池單元的著火。
[0046]依據本發明的方法I的一個示例性的實施形式設定，在借助于蓄電池管理系統識別到事故或重要的技術問題之后首先立刻通過打開斷路開關實施蓄電池220的至少單極的、更好是雙極的隔離2。
[0047]在具有雙極的隔離的示例性的實施形式中蓄電池管理系統在雙極的隔離之后首先在打開的斷路開關120、130和110的情況下通過測量絕緣電阻值并且與邊界值進行比較實施絕緣電阻測試3。在此檢查蓄電池220的高電壓是否還具有對地的足夠的電絕緣電阻。如果絕緣電阻未低于一個限定的邊界值，那么在變換器上通過相應的方式實施絕緣電阻測試4。
[0048]在變換器210上的絕緣電阻測試4可以例如通過在示例性的實施例中由變換器210包括的轉換器電子裝置實現。該轉換器電子裝置能夠在此經由實現為CAN總線的雙向通信接口與蓄電池管理系統通信，亦即接收控制命令并發送狀態報告。
[0049]在單極分離時能夠在蓄電池系統上實現絕緣電阻測試。但是足夠的對地絕緣的存在也能夠由蓄電池管理系統根據其他原因并且通過其他方式已經被確定。對于本發明足夠的是安全存在足夠的絕緣。
[0050]如果安全地存在，蓄電池220和變換器210如此地相對于車輛接地絕緣，以使得蓄電池220可安全地轉變到放電的狀態，那么通過蓄電池管理系統、經由轉換器電子裝置的命令的發送5如此控制在變換器210中在至少一個并聯的電流分路中串聯電連接的功率開關230，以使得在所述并聯的電流分路中的至少一個電流分路中的所有串聯電連接的功率開關230被接通。在示例性的實施形式的改進中發送一個命令，以便接通在所有并聯的電流分路中各自的所有串聯電連接的功率開關230。
[0051]在接通所有按照命令有待接通的功率開關230之后，變換器210將該狀態經由雙向通信接口通知給蓄電池管理系統。
[0052]假如蓄電池系統包括一個第二分離裝置170，那么首先實現該分離裝置170的斷路開關150的閉合6。隨后實現電流回路閉合7，其方法是接入蓄電池系統的充電和分離裝置130的充電電流源110。這導致通過充電電流源130的蓄電池放電8。因為在變換器210的一個電流分路中所有的功率開關被閉合，所有在變換器的輸出端上不提供功率。在機動車的電動或混合動力發動機200——其連接到一個這樣的蓄電池系統——中，在放電期間不產生扭矩。
[0053]必須針對在放電時出現的電流強度設置充電電流源110。備選地，蓄電池管理系統能夠在放電期間在充電電流源110上實施檢測10，電流源110的過載是否是有威脅的。如果是，實現充電電流源110的切斷11。在此，過載可以通過蓄電池管理系統例如基于模型被識別到。在檢測12已經表明充電電流源110由于切斷已經從過載中恢復并且又準備好給蓄電池單元140放電之后，通過蓄電池管理系統實現再接入7并且繼續蓄電池220的放電8。
[0054]無論連續地還是帶有中斷地，通過這種方式如此給蓄電池系統的蓄電池單元140放電，以便隨后出現的不可控的內部或外部短路不再能夠導致危險。
[0055]在確定9蓄電池220已經被充足地放電之后，能夠又通過打開11斷路開關120和150并且同時隔離2充電電流源110來將蓄電池220與變換器210雙極地隔離。
[0056]原則上有意義的是，在出現技術問題時將蓄電池單元140轉變到放電狀態。在電動車輛中蓄電池220的充電過程應該稱為一個例子，其中充電裝置不由于故障而減少充電電流，即使蓄電池220被充滿。
[0057]在這種情況下，在經由機電開關將充電裝置切斷之后，以所述的方式給蓄電池220放電。
[0058]在通過接入來激活該充電電流源110之后，在圖2中示例性地示出的直流電壓中間電路一經由該直流電壓中間電路牽引用蓄電池220連接到逆變器210的直流電壓測——的中間電路電容器能夠被如此地充電，以使得在閉合充電和分離裝置170的斷路開關150時調整電流以允許的方式被限制。
[0059]在充電電流源110中，中間電路電容器的充電過程經歷穩定的充電電流。因此電容器電壓每個時間單元的上升是線性的并且因此比漸進地更快地促成完全的充電。
【權利要求】
1.一種用于對由蓄電池系統包括的蓄電池(220)安全地放電(8)的方法(1)，其中，所述蓄電池系統還包括可控制的變換器(210)，其具有帶有串聯連接的通過所述變換器的外部的控制可切換的功率開關(230)的至少并聯的電流分路、以及包括可控制的充電和分離裝置(130)，其具有帶有在所述蓄電池(220)與所述變換器(210)之間的充電電流源(110)的中斷的電流通路，其特征在于以下步驟:?測量(3、4)所述蓄電池系統的絕緣電阻值；?確定(3、4)所測量的絕緣電阻值不低于最小電阻值；?在時間上在所述確定(3、4)之后控制(5)所述變換器(210)，以接通在所述并聯的電流分路中的至少一個電流分路中的所述功率開關(230)，以同時接通在所述至少一個電流分路中的所述功率開關(230);以及?在時間上在所述控制(5)所述變換器(210)之后控制(7)所述充電和分離裝置(110)，以通過閉合所述電流通路來閉合電流回路。
2.一種用于蓄電池系統的蓄電池管理系統，其中，所述蓄電池系統被構造為用于借助于由所述蓄電池系統包括的蓄電池(220)和同樣包括的、可控制的變換器(210)產生交流電壓，其中，所述變換器(210)具有帶有串聯連接的、通過所述變換器的外部的控制可切換的功率開關(230)的并聯的電流分路，其中，所述蓄電池系統包括充電和分離裝置(130)，其具有帶有在蓄電池(220)與變換器(210)之間的充電電流源(110)的電流通路，并且所述蓄電池管理系統被構造為控制所述變換器(210)，其特征在于，所述蓄電池管理系統被構造為如此控制所述變換器(210)，以同時接通在所述并聯的電流分路中的至少一個電流分路中的功率開關(230)。
3.根據權利要求2所述的 蓄電池管理系統，其中，所述充電和分離裝置(130)由所述蓄電池管理系統是可控制的并且所述電流通路借助于控制是可閉合的并且是可中斷的，并且所述蓄電池管理系統被構造為在在所述并聯的電流分路中的至少一個電流分路中的功率開關(230)同時接通的情況下閉合所述電流通路并且繼而閉合電流回路。
4.根據權利要求3所述的蓄電池管理系統，其中，所述蓄電池系統包括由所述蓄電池管理系統可控制的另一閉合和分離裝置(150)，其具有借助于控制可閉合并且可中斷的、在所述蓄電池系統與所述變換器之間的另一條電流通路，并且所述蓄電池管理系統被構造為，在閉合所述電流通路之前在同時接通在所述并聯的電流分路中的至少一個電流分路中的功率開關時閉合所述另一條電流通路。
5.根據權利要求2至4之一所述的蓄電池管理系統，其中，所述蓄電池管理系統被設置為間隔地中斷所述電流通路。
6.根據權利要求2至5之一所述的蓄電池管理系統，其中，所述蓄電池管理系統被設置為基于模型確定是否存在所述充電電流源的有威脅的過載。
7.一種用于借助于由所述蓄電池系統包括的蓄電池(140)產生交流電壓的蓄電池系統的變換器(210)，其中，所述變換器(210)包括并聯的電流分路，其具有串聯連接的、通過所述變換器的外部的控制可切換的功率開關(230)，其特征在于，針對外部的控制來設置所述變換器(210)，其引起同時接通在所述并聯的電流分路中的至少一個電流分路中的所述功率開關(230)。
8.一種用于產生交流電壓的系統，包括:依據權利要求2所述的蓄電池管理系統、依據權利要求7所述的變換器(210)、蓄電池(220)和充電和分離裝置(130)，其具有帶有在蓄電池(220)與變換器(210)之間的充電電流源(110)的電流通路。
9.一種用于根據權利要求8所述的系統的充電電流源，其中，所述充電電流源被設置為，基于所述蓄電池的最大充電狀態，將所述蓄電池不中斷地過載安全地放電。
10.一種機動車，其具有適用于扭矩產生的機器和根據權利要求9所述的用于給所述適用于扭矩產生的機器供以電能`的系統，其中，所述變換器包括至少三個并聯的電流分路。
【文檔編號】H02J7/00GK103595088SQ201310355843
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月14日 優先權日:2012年8月16日
【發明者】H·芬克 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社