蓄電池單池單元以及用于監控蓄電池單池的方法

蓄電池單池單元以及用于監控蓄電池單池的方法
【專利摘要】本發明公開一種蓄電池單池單元（221），其具有蓄電池單池（21）和用于監控該蓄電池單池（21）的功能狀態的監控和控制單元（230），其中，該蓄電池單池（21）包括具有在半橋裝置中連接的功率半導體（241、242）的耦合單元和與該蓄電池單池（21）的極（222、223）耦合的用于蓄電池單池（21）的快速放電的放電電路（270），該功率半導體用于在該蓄電池單池單元（221）的輸出端子（224、225）上耦合該蓄電池單池（21）的極（222、223），該耦合單元和放電電路通過該監控和控制單元（230）是可控制的。
【專利說明】蓄電池單池單元以及用于監控蓄電池單池的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種蓄電池單池單元，其具有蓄電池單池和用于監控蓄電池單池的功能狀態的監控和控制單元。此外本發明涉及一種用于借助于在蓄電池單池裝置中設置的監控和控制單元監控在所述蓄電池單池裝置中設置的蓄電池單池的方法。此外本發明涉及一種蓄電池系統，該蓄電池系統包括蓄電池和蓄電池管理系統，該蓄電池具有至少一個蓄電池組，在該蓄電池組中設置多個按照本發明的蓄電池單池單元。

【背景技術】
[0002]通常，將應用在混合動力和電動車輛中的蓄電池稱為牽引用蓄電池，因為這些蓄電池用于電氣驅動裝置的供電。在圖1中示出了具有一個這樣的牽引用蓄電池20的蓄電池系統10的原理電路圖。蓄電池20包括多個蓄電池單池21。為了簡化在圖1中的圖示僅僅兩個蓄電池單池設有附圖標記21。
[0003]蓄電池20由兩個蓄電池單池串聯電路22、23構成，它們分別包括多個串聯連接的蓄電池單池21。這些蓄電池單池串聯電路22、23分別與蓄電池端子24、25和與充電用插頭30的連接端連接。
[0004]正蓄電池端子24經由分離和充電裝置40與蓄電池20是可連接的，該分離和充電裝置包括分離開關41，其與由充電開關42和充電電阻43組成的串聯電路并聯連接。負蓄電池端子25經由分離裝置50與蓄電池20是可連接的，該分離裝置包括另一分離開關51。
[0005]此外圖2示出了圖60，其非常示意地示出鋰離子蓄電池的不同的故障機制61及其后果62。該示出的故障機制61能夠導致蓄電池單池的由不允許的溫度升高63引起的熱擊穿64。在出現熱擊穿64的情況下能夠基于氣體65的排放一該排放能夠例如在打開安全閥的情況下作為提高的蓄電池單池內壓的結果出現——導致蓄電池單池的起火66或者在極端情況下設置導致蓄電池單池的破裂67。因此必須在蓄電池單池在牽引用蓄電池中的應用的情況下以最大接近I的概率排除熱擊穿64的出現。
[0006]熱擊穿64能夠在蓄電池單池的過充時作為在緊接著的充電過程期間的蓄電池單池的深度放電的結果或者在存在蓄電池單池的不允許的高充電和放電電流——它們能夠例如對于外部的短路90而產生一的情況下出現。此外熱擊穿64能夠在存在蓄電池單池內部的短路100的情況下出現，該短路能夠例如作為在事故101期間的極大的機械力作用的結果或者作為蓄電池單池內部的樹狀晶102的形成的結果產生，該樹狀晶能夠例如在低溫下存在過高的充電電流的情況下產生。此外熱擊穿64也能夠作為蓄電池單池內部短路的結果出現，該內部短路能夠由在制造時產生的蓄電池單池污染、尤其是由在蓄電池單池中存在的金屬異物顆粒103引起。而且熱擊穿64能夠在存在蓄電池單池的不允許的發熱——其例如能夠作為車輛火災的結果產生——的情況下或者在存在蓄電池單池120的過載的情況下出現。
[0007]在圖3中示出了由現有技術已知的蓄電池系統10的原理電路圖，該蓄電池系統包括具有多個蓄電池單池21的牽引用蓄電池20和蓄電池管理系統(BMS) 11。蓄電池管理系統11的電子裝置具有分散架構，其中將由蓄電池單池21的監控電子裝置(CSC電子裝置)構成的監控和控制單元130構造為衛星，它們分別設定用于監控一個或多個蓄電池單池21的功能狀態并且經由內部總線系統141與中央蓄電池控制裝置(B⑶)140通信。
[0008]蓄電池管理系統11的電子裝置、尤其是蓄電池單池21的監控電子裝置是需要的，以便保護臨界的在圖2中示出的狀態的蓄電池單池21，這可以導致熱擊穿。在蓄電池管理系統11的電子裝置中運行高消耗，以便一方面保護蓄電池單池21免于由于外部原因例如由于在電子驅動裝置的逆變器中的短路的過載，另一方面避免由于蓄電池管理系統11的電子裝置的故障、例如由于蓄電池單池電壓通過監控和控制單元130的錯誤的檢測危害蓄電池單池。
[0009]如同在圖1中示出的蓄電池系統10中那樣，在圖3中示出的蓄電池系統10中牽引用蓄電池經由分離和充電裝置40與正蓄電池端子24是可連接的并且經由分離裝置50與負蓄電池端子25是可連接的。在此為了表示相同或相似的構件對于在圖1和3中示出的蓄電池系統分別使用相同的附圖標記。
[0010]此外將中央的蓄電池控制裝置140構造為控制分離和充電裝置40的分離開關(繼電器)41和充電開關(繼電器)42。分離開關41和充電開關42借助于蓄電池控制裝置140的控制在圖中以箭頭142表示。而且中央蓄電池控制裝置140構造為控制分離裝置50的另一分離開關(繼電器)51。借助于蓄電池控制裝置140分離開關51的控制以箭頭143表
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[0011]中央的蓄電池控制裝置140分別經由高伏特導線144、145與各個其他的蓄電池端子24、25連接。此外中央的蓄電池控制裝置140包括電流傳感器150、160，它們被設置用于測量流過牽引用蓄電池20的電流。蓄電池控制裝置140經由CAN總線146也與車輛接口通信。經由CAN總線能夠給蓄電池控制裝置140提供關于車輛的功能狀態的信息。
[0012]在應用由現有技術已知的蓄電池系統的蓄電池管理系統11中因此力求如此地提高蓄電池系統10的安全，使得不出現不合理的危險。在此按照標準IS026262對蓄電池管理系統11的功能安全提出了高要求，因為如上已經闡明的電子裝置的故障能夠導致危險。此外對于鋰離子蓄電池單池規定了安全測試。為了允許運輸蓄電池單池，必須實施例如UN運輸測試。測量結果必須按照EUCAR危險級別或危險等級進行評估。蓄電池單池在此必須遵循預定的最小安全等級。為了達到這一點，在設定用于牽引用蓄電池的蓄電池單池中采取多種附加措施。
[0013]假如不能夠顯著提高蓄電池單池21的安全，那么對于用于具有用于電動車和插拔式混合動力(Plug-1n混合動力)的牽引用蓄電池20的蓄電池系統11的蓄電池管理系統11預測地建立按照危險等級ASIL C的分級。這樣的附加措施由此采取，即將所謂的安全裝置集成到蓄電池單池中。因此在蓄電池單池中典型地集成有在下文中說明的安全裝置。
[0014]在蓄電池單池中集成過充安全裝置(0SD)。這樣的過充安全裝置使得蓄電池單池在過充過程中不超過EUCAR危險等級4。蓄電池單池電壓的允許范圍在4.2V處結束。在過充過程中蓄電池單池從大約5V的蓄電池單池電壓形成如此高的內壓，其向外彎曲過充安全裝置的膜片并且該蓄電池單池電地短路。作為其結果如此地將蓄電池單池放電，直至激活蓄電池單池內的安全裝置。在蓄電池單池的兩個極之間的蓄電池單池的短路通過過充安全裝置維持。
[0015]此外將蓄電池單池安全裝置(Cell Fuse)集成到蓄電池單池中。該在蓄電池單池中集成的熔斷式安全裝置是在蓄電池單池層面上非常有效的保護儀器，但是當蓄電池單池在蓄電池模塊的串聯電路中或在蓄電池系統中安裝時引起極大的問題。在那里這些措施反而是不利的。
[0016]在蓄電池單池中也集成了穿刺安全裝置(NDS)。該穿刺安全裝置保護蓄電池單池，其方法是在將釘子或尖利物品刺入到蓄電池單池中時產生如此限定的短路路徑，其不會導致在定子進入的區域中蓄電池單池的極度局部發熱，該發熱能夠導致存在的分離器的局部熔化。
[0017]在蓄電池單池中也集成有功能安全層(SFL)。該功能安全層通過蓄電池單池的兩個電極之一的陶瓷涂層、優選通過陽極的陶瓷涂層實現。借助于功能安全層能夠在分離器熔化時阻止蓄電池單池的平面短路并繼而阻止蓄電池單池的電能極端快速地轉化為損耗熱量。
[0018]在蓄電池單池中此外也集成有碰撞安全裝置。碰撞安全裝置具有與穿刺安全裝置類似的功能方式。在蓄電池單池殼體的極度機械變形的情況下提供在蓄電池單池中限定的短路路徑，該短路路徑阻止蓄電池單池的極度的局部的發熱并且由此提高蓄電池單池的安全。
[0019]在當前處于研發中的蓄電池單池中，尤其地用于電氣安全的措施涉及極大的成本，這些措施例如保護免于過充或者確保過濾保護。這些措施再者在蓄電池單池安裝到蓄電池模塊或蓄電池系統中之后甚至反而是不利的而不是有意義的。例如能夠在蓄電池單池的熔斷式安全裝置的激活時產生這樣的情況，即存在的蓄電池管理系統(BMS)的電子裝置經受非常高的負電壓。由此在蓄電池系統層面上產生附加的成本，因為必須滿足針對蓄電池單池層的運輸規程，而不會由此涉及其他的利用。


【發明內容】

[0020]按照本發明提出一種蓄電池單池單元，具有蓄電池單池和用于監控所述蓄電池單池的功能狀態的監控和控制單元。在此，所述蓄電池單池包括具有在半橋裝置中連接的功率半導體的耦合單元，所述功率半導體用于所述蓄電池單池的極與所述蓄電池單池單元的輸出端子的耦合。此外蓄電池單池單元具有與所述蓄電池單池的極耦合的用于所述蓄電池單池的快速放電的放電電路。所述耦合單元和放電電路通過所述監控和控制單元是可控制的。
[0021]按照本發明也提出一種用于借助于在蓄電池單池裝置中設有的監控和控制單元監控在所述蓄電池單池裝置中設置的蓄電池單池的方法。借助于耦合單元驅動所述蓄電池單池，所述耦合單元包括在半橋裝置中連接的功率半導體，所述功率半導體用于在所述蓄電池單池單元的輸出端子上耦合所述蓄電池單池的極。如果在通過所述監控和控制單元該蓄電池單池的監控中確定所述蓄電池單池的故障情況或危險情況，那么借助于所述耦合單元和/或借助于與所述蓄電池單池的極耦合的放電電路使得所述蓄電池單池處于安全狀態，所述放電電路設定用于所述蓄電池單池的快速放電。
[0022]此外本發明提出一種蓄電池系統，所述蓄電池系統包括蓄電池，所述蓄電池具有至少一個蓄電池組，在所述蓄電池組中設有多個按照本發明的蓄電池單池單元。在此該蓄電池系統包括蓄電池管理系統，其中所述蓄電池管理系統構造為與所述蓄電池單池單元的監控和控制單元通信。
[0023]下文示出了本發明優選的改進。
[0024]本發明的優點在于，提供一種本質安全的蓄電池單池或本質安全的蓄電池單池單元，通過該蓄電池單池單元能夠基于可控制的耦合電路不僅僅特別經濟地運行蓄電池單池并且其中能夠通過耦合電路的相應的控制阻止蓄電池單池的有威脅的損壞。除此之外提供了附加的安全功能，其方法是通過用于蓄電池單池的快速放電的集成的放電電路實現一種內部機制，通過該內部機制不依賴于在外部觸點例如在蓄電池單池單元的輸出端子上的形成的放電或充電電流取而代之地在內部在蓄電池單池單元內能夠實施快速的或超快速的放電，尤其是在危險或緊急情況下。
[0025]按照本發明一個特別有利的實施形式，所述耦合單元能夠具有由兩個半橋組成的全橋，所述半橋分別包括與所述蓄電池單池的正極耦合的第一功率半導體、與所述蓄電池單池的負極耦合的第二功率半導體和中間連接端并且經由相應的中間連接端與所述蓄電池單池單元的分別另一輸出端子連接。
[0026]在此所述蓄電池單池單元設定為，在正常運行下借助于通過所述監控和控制單元的控制如此驅動所述耦合單元，使得可選擇地在所述蓄電池單池單元的輸出端子上沿正或負方向存在所述蓄電池單池的蓄電池單池電壓或在所述蓄電池單池單元的輸出端子上不存在蓄電池單池電壓。
[0027]由此清楚地說蓄電池單池能夠構造具有可換極的輸出電壓。更準確地說，蓄電池單池能夠關于在蓄電池單池單元的輸出端子上提供的輸出電壓被換極，從而在按照本發明的蓄電池單池單元中設置的蓄電池單池能夠沿正或負方向輸出蓄電池單池電壓。
[0028]基于按照本發明的蓄電池單池單元的功能，即換極蓄電池單池電壓，按照本發明的蓄電池單池單元尤其是適用在具有逐級可調節的輸出電壓的三相蓄電池系統中，將這些三相蓄電池系統稱為蓄電池直流逆變器，或者一般適用于在具有逐級可調節的輸出電壓的多相蓄電池系統中。
[0029]在本發明的一種優選實施形式中，所述按照本發明的監控和控制單元構造為，當存在其值超過第一電壓閾值的蓄電池單池電壓時，和/或當存在其值低于第二電壓閾值的蓄電池單池電壓時，使得所述耦合單元的所述功率半導體處于一種開關狀態，在該開關狀態下沒有電流流過所述蓄電池單池。
[0030]這能夠由此實現，即借助于半橋使得蓄電池單池處于安全狀態，其方法是接通半橋的第一功率半導體，從而蓄電池單池單元的第一輸出端子和第二輸出端子導電連接，并且關斷相同半橋的第二功率半導體。此外，在由兩個形成一個全橋的半橋組成的耦合單元的應用中，能夠分別接通兩個與第一輸出端子連接的功率半導體或兩個與第二輸出端子連接的功率半導體。
[0031]這具有的優點在于，監控和控制單元根據超過蓄電池單池電壓的第一閾值識別在正常運行下工作的蓄電池單池的有威脅的過充，并且隨后能夠有利地不再給蓄電池單池充電并且由此例如在蓄電池充電裝置故障的情況下安全地保護蓄電池單池免于過充。
[0032]此外監控和控制單元根據低于蓄電池單池電壓的第二閾值識別基于在正常運行下工作的蓄電池單池的有威脅的深度放電，其中將蓄電池單池轉變為安全狀態，在該狀態下不再有電流流過原來的蓄電池單池。可能通過整個包括按照本發明的蓄電池單池單元的蓄電池系統向外可輸出的電流在按照本發明的蓄電池單池單元中流過僅僅在蓄電池單池單元中存在的功率半導體，也就是說功率半導體或半導體開關。
[0033]在本發明的另一優選實施形式中，將按照本發明的監控和控制單元也設定為，當存在其值超過預定或適合地選擇的充電電流閾值的充電電流時，和/或當存在其值超過預定或適合地選擇的放電電流閾值的(形成的外部的)放電電流時，使得該耦合單元的功率半導體處于一種開關狀態，在該開關狀態下沒有電流流過所述蓄電池單池。
[0034]因此監控和控制單元基于在正常運行中工作的蓄電池單池識別到由于過高的放電電流的有威脅的過載，這些過高的放電電流例如能夠作為由于在逆變器中的故障蓄電池的外部短路的結果出現。在此將蓄電池單池轉變為安全狀態，在該狀態下沒有電流流過蓄電池單池。因此保護蓄電池單池免于具有不允許高的放電電流的負載。
[0035]此外監控和控制單元基于在正常運行中工作的蓄電池單池識別到由于過高的充電電流的有威脅的過載，其中隨后將蓄電池單池轉變為安全狀態，在該狀態下不再有電流流過蓄電池單池。因此保護蓄電池單池免于具有不允許高的充電電流的負載。這例如在存在非常低的溫度的情況下是尤其有利的，其中蓄電池單池關于在陽極上可構成的鋰涂層(Lithium plating)是尤其敏感的。
[0036]換句話說，能夠在一種情況下一其中按照本發明本質安全的蓄電池單池單元的監控和控制單元的電子裝置通過蓄電池管理系統例如被告知關于此的相應信息，即關于其中安裝有按照本發明的蓄電池系統的汽車具有事故的信息——經由一個或如果必要兩個半橋亦即并聯地經由兩個半橋將蓄電池單池放電。在蓄電池單池經由半橋中之一放電期間蓄電池單池沒有輸出電壓到蓄電池單池單元的輸出端子并且即便如此有利地緩慢地放電。尤其是作為可控的電阻運行的功率半導體在此包括其熱連接和冷卻按照要求進行構造。
[0037]此外按照本發明的另一非常有利的實施形式構造監控和控制單元，根據蓄電池單池的測量的單池溫度的分析處理和/或所述蓄電池單池電壓的分析處理識別危險情況的存在。在單池溫度和/或蓄電池電壓的分析處理中能夠尤其是在超過預定溫度閾值的單池溫度和/或所述蓄電池單池電壓的電壓驟降的情況下識別危險情況。也能夠根據尤其是通過蓄電池管理系統通信的信息識別危險情況。
[0038]按照本發明的一個有利改進，監控和控制單元還能夠設定為，當存在危險情況時為了給蓄電池單池放電借助于兩個半橋中至少之一如此控制耦合單元的功率半導體，使得接通半橋的第一或第二功率半導體，而相同半橋的第二或第一功率半導體在所謂的激活運行中作為可控制的電阻工作，并且優選地關斷另一半橋的第一和第二功率半導體；或者接通兩個半橋的第一或第二功率半導體并且兩個半橋的第二或第一功率半導體在激活運行中工作。
[0039]根據本發明的一個優選實施形式，如果識別到危險情況，那么激活用于蓄電池單池的快速放電的放電電路。因此，如果由蓄電池管理系統告知按照本發明的本質安全的蓄電池單池單元的監控和控制單元的電子裝置設有按照本發明的蓄電池系統的車輛具有事故,那么能夠通過放電電路——其在下文中也稱為超快速放電電路(UFDD )——盡可能快地將蓄電池單池放電。由此尤其是不基于熱損耗功率限制可實現的放電電流，該熱損耗功率例如在作為可控制的電阻運行的功率半導體中產生或者功率半導體能夠在持續運行中被強加。然而，為了支持放電電路，能夠在危險情況下同時將蓄電池單池經由耦合單元放電，其中在半橋之一中接通功率半導體而另一功率半導體在激活的運行中作為可控制的電阻運行。
[0040]所述放電電路能夠包括串聯電路，所述串聯電路具有電阻(272)和功率半導體。在此放電電路能夠尤其包括晶閘管。
[0041 ] 此外放電電路能夠包括具有再生開關和再生電阻的再生電路。
[0042]在按照本發明的電氣本質安全的蓄電池單池單元中設置的蓄電池單池結合配屬給該蓄電池單池并且在蓄電池單池單元中設置的耦合單元和監控和控制單元如此安全地構造，使得相比于用于由現有技術已知的蓄電池系統的蓄電池管理系統在按照本發明的蓄電池系統中從現在起必須對蓄電池管理系統提出更少的要求。除此之外，能夠不用考慮多種至今典型地實施的然而非目的明顯的措施，例如給蓄電池單池設有集成的過充安全裝置和/或集成的蓄電池單池安全裝置。
[0043]按照一個方面能夠基于按照本發明危險情況的識別有利地尤其也可靠地識別測試過程——在該測試過程期間測試蓄電池單池——的實施或者其他對于蓄電池單池類似的情況。
[0044]如果按照本發明的蓄電池單池單元的蓄電池單池例如在UN運輸測試的范圍中經受穿刺測試或碰撞測試，按照本發明的監控和控制單元的電子裝置通過蓄電池單池電壓的分析處理識別到通過電流將蓄電池單池放電，而不會運行該蓄電池單池。該過程的識別能夠例如通過蓄電池單池的電壓驟降實現。作為其結果立刻觸發經由按照本發明的放電電路對該蓄電池單池的放電，并且隨后基本上經由放電電路對該蓄電池單池放電。可選擇地也能夠在此如已經闡明的那樣通過兩個半橋實現蓄電池單池的放電的支持。
[0045]如果按照本發明的蓄電池單池單元的蓄電池單池經受強烈的發熱，那么能夠通過按照本發明的監控和控制單元的電子裝置識別這一點。作為其結果立刻觸發例如經由按照本發明的放電電路對該蓄電池單池的放電,并且經由放電電路及時將蓄電池單池放電。
[0046]總而言之，在按照本發明的電的本質安全的蓄電池單池單元中設置的蓄電池單池接合配屬給該蓄電池單池的并且在蓄電池單池單元中設置的耦合單元、放電電路(超快速放電電路)以及監控和控制單元如此安全地構造，使得相比于對用于由現有技術已知的蓄電池系統的蓄電池管理系統能夠對具有多個這樣的按照本發明的蓄電池單池單元的按照本發明的蓄電池系統的蓄電池管理系統提出更小的要求。除此之外能夠不用考慮當今實施的非目的明顯的措施，例如給蓄電池單池設有集成的過充安全裝置和/或集成的蓄電池單池安全裝置。
[0047]而且在蓄電池單池中實施的用于提高安全性的措施在存在強機械力作用的情況下、如給申請者的蓄電池單池設有集成的穿刺安全裝置和/或設有集成的碰撞安全裝置的情況下能夠不用考慮或者至少非常簡單地實現，因為在按照本發明的蓄電池單池單元中的蓄電池單池側的要求更小。在此實現了，強烈的機械力作用一如其例如在UN運輸測試中仿真的那樣——在此能夠無危險地作用于蓄電池單池。這尤其是也涉及借助于穿刺測試以尖刺的物體對蓄電池單池的穿刺和/或借助于碰撞關于所有三個空間軸的蓄電池單池的強烈變形。在按照本發明的蓄電池單池單元中設置的蓄電池單池能夠借助于按照本發明的蓄電池單池單元的為蓄電池單池配屬的電子裝置保護自身免于不允許的運行狀態，在此不應該分配到蓄電池管理系統的電子裝置的安全功能上。
[0048]通過按照本發明的電的本質安全的蓄電池單池單元因此一種基本組合是可用的，由這種基本組合能夠構成尤其是在電動和混合動力車輛中的安全的蓄電池系統，其安全性尤其高于在由現有技術已知的蓄電池系統中的安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]下面參照所附附圖詳細地描述本發明的實施例。其中:
[0050]圖1示出了由現有技術已知的具有牽引用蓄電池的原理電路圖；
[0051]圖2示出了一個示意圖，其示出了一個由現有技術已知的鋰離子蓄電池的故障機制，該故障機制能夠導致該鋰離子蓄電池的熱擊穿；
[0052]圖3示出了由現有技術已知的蓄電池系統的原理電路圖，該蓄電池系統包括由多個蓄電池單池構成的牽引用蓄電池和蓄電池管理系統；
[0053]圖4示出了根據本發明的第一實施形式的蓄電池單池單元的原理電路圖；
[0054]圖5示出了根據本發明的第一實施形式的蓄電池單池單元的原理電路圖，連同按照本發明的超快速的放電電路的細節視圖；
[0055]圖6示出了按照本發明的超快速的放電電路的示例性的備選的實施形式；
[0056]圖7示出了按照本發明的超快速的放電電路的又一實施形式；
[0057]圖8示出了一個方框電路圖，其示出了蓄電池的結構，該蓄電池的蓄電池單池以按照本發明的蓄電池單池單元的形式設置；
[0058]圖9示出了按照本發明的第二實施形式的蓄電池單池單元的原理電路圖；
[0059]圖10示出了具有三個蓄電池組的蓄電池直流逆變器的原理電路圖，其中多個按照本發明的蓄電池單池單元分別串聯連接。

【具體實施方式】
[0060]在以下詳細的描述中相同的附圖標記用于相同或相似的元件。
[0061]在圖4中示出了按照本發明的第一實施形式的蓄電池單池單元221的原理電路圖。按照本發明的第一實施形式的蓄電池單池單元221包括蓄電池單池21和耦合單元，該耦合單元由一個具有第一和第二功率半導體241、242的240構成。并聯于功率半導體241、242分別連接二極管260，該二極管的導通方向相反于相應的功率半導體241、242的導通方向走向。
[0062]半橋240在一個配屬給第一功率半導體241 (圖4的半橋的第一功率半導體開關)的第一連接端上與蓄電池單池21的正極222連接并且在一個配屬給第二功率半導體242(圖4的半橋的第二功率半導體開關)的第二連接端上與蓄電池單池21的負極223連接。半橋240此外在一個中間連接端上與蓄電池單池單元221的第一輸出端子224連接。
[0063]按照本發明的蓄電池單池單元221此外包括一個與蓄電池單池21并聯連接的監控和控制單元230以用于監控蓄電池單池21的功能狀態。監控和控制單元230按照本發明設立具有用于功率半導體241、242的集成的控制。
[0064]在圖4中示出了用于具有多個按照本發明的蓄電池單池單元221的蓄電池系統的蓄電池管理系統211。蓄電池管理系統211構造為，與監控和控制單元230通信或交換信息。在蓄電池管理系統211與監控和控制單元230之間的信息交換借助于雙箭頭215表示。
[0065]此外，功率半導體241、242、251、252能夠借助于按照本發明的監控和控制單元230被如此地控制，使得在蓄電池單池21的正常運行下可選擇地蓄電池單池21的功能狀態也是可調節的，其中蓄電池單池21不發出輸出電壓。在該狀態下或者接通兩個半橋240、250的第一功率半導體241、251而關斷其他兩個功率半導體242、252，或者接通兩個半橋240,250的兩個功率半導體242、252而關斷其他兩個功率半導體241、251。
[0066]如果監控和控制單元230基于蓄電池單池21的正常運行識別到根據超過蓄電池單池電壓的第一閾值的蓄電池單池21的有威脅的過充，那么關斷半橋(240)的第一功率半導體241而接通第二功率半導體242。因為蓄電池單池電壓位于在范圍Umin_zelle和Umax_zelle的范圍內，第一功率半導體241的二極管260也在有威脅的過充的情況下，例如在蓄電池或蓄電池單池21充電時故障的情況下截止。由此能夠安全地阻止蓄電池單池21的繼續充電。
[0067]如果監控和控制單元230基于蓄電池單池21的正常運行識別到根據低于蓄電池單池電壓的第二閾值的蓄電池單池21的有威脅的深度放電，那么關斷半橋240的第一功率半導體241而接通第二功率半導體242。隨后不再有電流流過原來的蓄電池單池21。可能經由其中設有按照本發明的蓄電池單池單元221的整個蓄電池系統向外輸出的電流在在此考慮的按照本發明的蓄電池單池單元221的蓄電池單池21中流過僅僅蓄電池單池單元221的耦合單元的功率半導體(半導體開關)241。
[0068]如果監控和控制單元230基于蓄電池單池21的正常運行識別到由于過高的放電電流的蓄電池單池21的有威脅的過載，這些過高的放電電流例如能夠作為由于在逆變器中的故障蓄電池的外部短路的結果出現，那么關斷半橋240的第一功率半導體241而接通第二功率半導體242。隨后不再有電流流過原來的蓄電池單池21。因此保護蓄電池單池21免于具有不允許的高的放電電流的負載。
[0069]如果監控和控制單元230基于蓄電池單池21的正常運行識別到由于過高的充電電流例如在非常低的溫度下蓄電池單池21的有威脅的過載，其中蓄電池單池21關于尤其是在陽極上可構成的鋰涂層是尤其敏感的，那么借助于監控和控制單元230關斷半橋240的第一功率半導體241而接通第一功率半導體242。隨后不再有電流流過原來的蓄電池單池21。因此保護蓄電池單池免于具有不允許高的充電電流的負載。
[0070]如果按照本發明的本質安全的蓄電池單池單元221的監控和控制單元230例如在車輛中由蓄電池管理系統211告知該車輛具有事故，那么蓄電池單池21經由兩個半橋240，蓄電池單池21能夠經由半橋240放電。為此接通第二功率半導體242，而在所謂的激活運行中作為可控制的電阻運行第一功率半導體241。那么蓄電池單池21沒有輸出電壓到其輸出端子224、225上并且即便如此緩慢地放電。可實現的放電電流通過熱損耗功率限制，該熱損耗功率能夠在持續運行中強加給作為可控制的電阻運行的功率半導體241。尤其是作為可控制的電阻運行的功率半導體241包括其熱連接并且冷卻因此按照要求進行構造。
[0071]根據本發明的第一實施形式的蓄電池單池單元221還包括作為超快速放電電路(UFDD)的放電電路270。放電電路270設置在蓄電池單池單元221中以用于借助于流過放電電路270的放電電流將蓄電池單池21放電。如果按照本發明的本質安全的蓄電池單池單元221的監控和控制單元230由蓄電池管理系統211告知設有按照本發明的蓄電池系統的車輛具有事故，該蓄電池管理系統設置在具有多個這樣的蓄電池單池單元221的蓄電池系統中，那么通過放電電路270將蓄電池單池21快速放電。為了支持放電電路270同時也能夠通過半橋240將蓄電池單池21放電。為了支持放電電路270，借助于監控和控制單元230接通半橋240的兩個功率半導體242。隨后，蓄電池單池單元21在其接線端或輸出端子224、225上在放電期間沒有輸出電壓。放電電路270能夠如此構造，使得能夠以接近短路的非常大的放電電流將蓄電池單池21放電。因此，非常快速地使得蓄電池單池21處于安全狀態。因此能夠在車輛層面上存在這樣的情況，其中蓄電池單池21在機械上強烈地變形或者通過尖刺的物體刺透。在此能夠支持地借助于監控和控制單元230也在激活的運行下作為可控制的電阻運行第一功率半導體241。
[0072]在圖5中示出了根據本發明第二實施形式的按照本發明的蓄電池單池單元221。相比于尤其是放電電路(UFDD )的在圖1中示出的一般的圖示在圖2中更詳細地示出放電電路，并且該放電電路在此包括一個在正極222與負極223之間連接的由功率半導體271和電阻272組成的串聯電路。
[0073]但是本發明不限于(超快速的)放電電路270的確定的實施形式。因此在圖6和7中示出了超快速的放電電路(UFDD)270的另外的示例性的實施形式。放電電路270是重要的功能單元之一，以便獲得本質安全的蓄電池單池21，并且由此應該通過放電快速地使得蓄電池單池21處于安全的狀態。在圖6中示出了放電電路270的實現，該放電電路基于(短路)晶閘管273的應用。晶閘管的突出之處在于特別的魯棒性和電流承載能力并且因此是對于在此的本應用情況適合的半導體元件。如在圖6中示出的那樣，超快速放電電路270的在那里的實現包括歐姆電阻272和短路晶閘管273的串聯電路。歐姆電阻272能夠在此或者通過導線電阻和短路電路的接觸電阻274、275或者通過專用的元件實現。歐姆電阻272連同蓄電池單池的內阻限制在蓄電池單池21的快速放電中的短路電流。
[0074]對于功率開關271 (半導體開關)以特別的方式適合的是短路晶閘管273，因為該短路晶閘管具有特別聞的電流承載能力。可能與晶閘管273的應用相關聯的缺點特別是關于接通和關斷特性在本應用中不導致承載。
[0075]在圖7中示出超快速放電電路270的另一實施形式，其基于再生器或再生電路。該再生器能夠基于可接通和可斷開的電子半導體閥276和再生電阻272構成，其中半導體閥276由按照本發明的監控和控制單元控制。再生電阻272的歐姆電阻連同蓄電池單池21的內阻限制在蓄電池單池21的快速放電時的最大放電電流。對于可接通和可斷開的電子半導體閥276以特別的方式適合的是M0SFET，因為該MOSFET基于對截止電壓的小的要求能夠以非常小的接通電阻實現。由蓄電池單池21的能量消耗能夠通過再生電路控制。因此能夠例如在放電的開始以持續接通的再生器快速地從蓄電池單池21吸取能量。當再生電阻272和再生開關276發熱時隨后能夠轉換為脈沖的運行或塊運行。此外在圖7中還示出了并聯連接的反向二極管277、278。
[0076]總而言之，在圖5至7中示出的超快速放電電路270用于實現本質安全的蓄電池單池21，能夠實現具有以下特征的蓄電池單池:蓄電池單池21是電的本質安全的。借助于在圖4中示出的半橋電路能夠保護蓄電池單池21免于由于過高的充電和放電電流的過載、深度放電和過載。用于電的安全的閾值能夠在此動態地例如根據蓄電池單池的溫度匹配。蓄電池單池21此外也在強烈機械力作用下是本質安全的，如該機械力例如能夠在事故時出現。為此在識別到危急狀態時通過放電電路270盡可能快地將蓄電池單池21放電。
[0077]蓄電池單池21在強烈發熱時是本質安全的。為此在識別到危急狀態時通過放電電路270盡可能快地將蓄電池單池放電。放電電路270的構造能夠如此實現，使得放電電流不超過對于蓄電池單池21最大允許的、最大短路電流。在按照現有技術應用的集成到單池中的安全裝置中，出現的短路電流路徑依賴于特定的比例。因此蓄電池單池21的特性能夠被不準確地預測并且也是不可重現的。通過在此提出的放電電路能夠避免該缺點。在此能夠準確地通過半橋預定在蓄電池單池21的接線端上的電壓。如果在激活放電電路270時也自動地接通半橋240的第二功率半導體242，那么本質安全的蓄電池單池單元21在其輸出端子224、225上具有電壓0V，而快速放電通過放電電路270實現。
[0078]在圖8中示出了具有根據本發明的第一實施形式的按照本發明的蓄電池單池221的蓄電池的結構。如圖8清晰可見，在那里示出的蓄電池的每個蓄電池單池單元221具有蓄電池單池21以及放電電路270和具有半橋240的耦合單元。出于圖示的簡化省去了在每個蓄電池單池單元221中設置的監控和控制單元230的明確的表示。
[0079]在圖9中示出了根據本發明的第二實施形式的蓄電池單池單元221的原理電路圖。與根據圖4的第一實施形式的不同之處在于，按照第二實施形式的蓄電池單池單元221具有兩個半橋240、250。更準確地說，根據本發明的第二實施形式的蓄電池單池單元221包括蓄電池單池21和耦合單元，其由具有第一和第二功率半導體241、242的第一半橋(圖9中的右半橋)和具有第一和第二功率半導體251、252的第二半橋(圖9中的左半橋)構成。兩個半橋240、250共同地形成一個具有四個功率半導體241、242、251、252的全橋。并聯于功率半導體241、242、251、252分別連接一個二極管260，其導通方向相反于相應的功率半導體的導通方向走向。為了簡化圖示每個半橋240、250的僅僅一個二極管設有附圖標記160。
[0080]第一半橋240在一個配屬給第一功率半導體(圖9中的右半橋的第一功率半導體開關)241的第一連接端上與蓄電池單池21的正極222連接，而在一個配屬給第二功率半導體(圖9中的右半橋的第二功率半導體開關)242的第二連接端上與蓄電池單池21的負極223連接。該第一半橋240此外在一個中間連接端上與蓄電池單池單元221的第一輸出端子224連接。
[0081]第二半橋250在一個配屬給第一功率半導體(圖9中的左半橋的第一功率半導體開關)251的第一連接端上與蓄電池單池21的正極222連接，而在一個配屬給第二功率半導體(圖9中的左半橋的第二功率半導體開關)252的第二連接端上與蓄電池單池21的負極223連接。該第二半橋250此外在一個中間連接端上與蓄電池單池單元221的第二輸出端子225連接。
[0082]根據圖9的全橋的安全功能類似于根據圖4的半橋。基于全橋裝置然而能夠借助于按照本發明的監控和控制單元230如此控制功率半導體241、242、251、252，使得如果在正常運行下蓄電池單池21應該沿正方向(+UBat—le)輸出蓄電池單池電壓到輸出端子224、225，那么接通第一半橋240的第一功率半導體241以及第二半橋250的第二功率半導體252并且關斷其他兩個功率半導體242、251。
[0083]此外能夠借助于按照本發明的監控和控制單元230如此控制功率半導體241、242、251、252，使得如果在正常運行下蓄電池單池21應該沿負方向(-UBatteHezelle)輸出蓄電池單池電壓到輸出端子224、225，那么接通第一半橋240的第二功率半導體242以及第二半橋250的第一功率半導體251并且關斷其他兩個功率半導體241、252。
[0084]此外還能夠借助于按照本發明的監控和控制單元230如此地控制功率半導體241、242、251、252，使得在蓄電池單池21的正常運行下可選擇地蓄電池單池21的功能狀態也是可調節的，在該功能狀態下蓄電池單池21不發出輸出電壓。在該狀態下，或者接通兩個半橋240、250的第一功率半導體241、251并且關斷其他兩個功率半導體242、252，或者接通兩個半橋240、250的第二功率半導體242、252并且關斷其他兩個功率半導體241、252。
[0085]如果監控和控制單元230基于蓄電池單池21的正常運行根據超過第一電壓閾值或其值低于第二電壓閾值的蓄電池單池電壓和/或其值超過預定的充電電流閾值的充電電流和/或其值超過預定的放電電流閾值的放電電流識別到蓄電池單池21的有威脅的過充，那么能夠使得耦合單元的功率半導體(241、242、251、252)處于一種開關狀態，在該開關狀態下沒有電流流過蓄電池單池。這能夠由此實現，其方法是，或者接通兩個半橋240、250的第一功率半導體241、251并且關斷其他兩個功率半導體242、252，或者替換地接通兩個半橋240、250的第二功率半導體242、252并且關斷其他兩個功率半導體241、242。
[0086]類似地能夠在本發明的第二實施形式中，如果按照本發明的本質安全的蓄電池單池單元221的監控和控制單元230例如在車輛中由蓄電池管理系統211告知該車輛具有事故，那么通過兩個半橋240、250中之一也或通過兩個半橋240、250并行地將蓄電池單池21放電，其中優選地然而為了放電應用超快速放電電路270。
[0087]如果按照本發明的蓄電池單池單元的蓄電池單池例如在UN運輸測試的范圍中經受穿刺測試(Nail Penetrat1n Test)或碰撞測試(Crush Test)或者位于在相似的情況中，那么監控和控制單元230通過蓄電池單池電壓的分析處理識別到，通過電流將蓄電池單池21放電，而不會運行該蓄電池單池。該過程的識別能夠例如通過蓄電池單池21的電壓驟降實現。監控和控制單元230在此立刻觸發通過按照本發明的放電電路270將蓄電池單池21放電，并且隨后基本上經由放電電路270對該蓄電池單池21放電。
[0088]如果按照本發明的蓄電池單池單元221的蓄電池單池21經受強烈的發熱，那么能夠由監控和控制單元230識別這一點。因為用于蓄電池單池21的發熱的時間常數一般非常大，所以能夠在蓄電池單池21的溫度超過臨界值之前通過按照本發明的放電電路270及時引起蓄電池單池21的放電。可選擇地也能夠通過兩個半橋240、250實現蓄電池單池21的放電。為了支持放電電路270，借助于監控和控制單元230尤其是接通兩個半橋240、250的兩個第二功率半導體242、252。由此按照本發明的蓄電池單池單元的蓄電池單池21相對于由現有技術已知的蓄電池單池大大地更加安全。
[0089]在此提出的按照本發明的蓄電池單池單元221中位于在輸出端子224、225上的蓄電池單池電壓在激活安全措施時或者在激活超快速的放電電路(UFDD) 270時保持根據總是小于例如4.2V的最大允許的蓄電池單池電壓的數值，這些安全措施通過在半橋240、250中的開關狀態的變化發生。這同樣是相對于現有技術的極大的改善，因為否則例如在激活蓄電池單池內部的熔化安全裝置時能夠出現非常高的負電壓，其在電動車輛蓄電池中能夠為-400V，該負電壓對于蓄電池管理系統的電子裝置引起大的問題。
[0090]在此提出的按照本發明的蓄電池單池單元221不限于鋰離子蓄電池單池。該蓄電池單池單元也能夠包括其他蓄電池單池技術，例如用于鎳金屬混合動力蓄電池單池。
[0091]在這里示出的按照本發明的本質安全的具有包括可換極的輸出電壓的蓄電池單池21的蓄電池單池單元221中能夠取消至今采用的過充安全裝置(OSD)和蓄電池單池安全裝置(Cell Fuse)。這些為了提高在機械變形或穿透時的安全性采用的措施、例如給蓄電池單池設立集成的穿刺安全裝置能夠或者同樣地取消或者至少非常簡單地實施。通過在此提出的按照本發明的蓄電池單池單元221能夠構成蓄電池系統，對該蓄電池系統的蓄電池管理系統211相比于對由現有技術已知的蓄電池系統提出更少的要求。蓄電池管理系統211的電子裝置因此能夠預測地僅僅以通常的質量保證措施(ASIL-分級QM)開發并且不必須滿足ASIL C。蓄電池系統的安全能夠相對于現有技術極大地改善。在圖10中示出的蓄電池直流逆變器210是用于在此提出的按照本發明的電的本質安全的蓄電池單池單元221的一個例子。
[0092]基于在此提出的按照本發明的蓄電池單池單元221的功能，為了使得在蓄電池單池21的接線端上的蓄電池單池電壓換極，按照本發明的蓄電池單池單元221尤其適用于具有分級可調節的輸出電壓的這樣的蓄電池直流逆變器210。
[0093]在圖10中示出的蓄電池直流逆變器210是一個具有分級可調節的輸出電壓的三相蓄電池系統。蓄電池直流逆變器210包括三個蓄電池組280、290、300，它們分別具有由多個按照本發明的蓄電池單池單元221組成的串聯電路。蓄電池組280、290、300的串聯電路分別通過充電和分離裝置40與正蓄電池組極281、291、301連接，而分別通過分離裝置50與負蓄電池組極282、292、302連接。
[0094]按照本發明在此如此地控制蓄電池單池或蓄電池模塊，使得其運行參數位于在相應的閾值內，這些運行參數對于安全的運行是必要的。
[0095]因此鋰離子蓄電池單池典型地在2.8V至4.2V的Umin至Umax的電壓范圍內或者優選在3.0V至4.2V的電壓范圍內運行。這尤其是適用于安全性相關的值Umin_safety或UmaX_Safety。該說明然而適用于蓄電池在空載中待測量的電壓，也就是說，如果沒有電流流過蓄電池單池。在此必須一定注意這些閾值，因為否則電極能夠遭受損壞。
[0096]蓄電池單池的空載電壓基本上依賴于其充電狀態。在此典型地，當電壓UBatteriezelIe為2.8V時充電狀態SOC采用0%，當3.5V時充電狀態采用20%，并且當4.2V時充電狀態采用100%，其中這些值分別依賴于陰極、陽極和/或使用的電解質的類型和材料。
[0097]如果電流流過蓄電池單池,那么蓄電池單池電壓UBatteriezelle不同于上述的數量說明。假設，空載電壓為3.5V，并且蓄電池單池的內阻在25°C時為ΙΟπιΩ。在100Α的充電電流下那么由3.5V+1.0V=4.5V得出待測量的電壓值UBatteriezelle。在溫度為0°C時,蓄電池單池的內阻然而示例性地為直至50πιΩ，這在50Α的示例性的放電電流時產生
3.5V-2.5V=1.0V的電壓值UBatteriezelle。但是基于使用的控制器和使用的傳感器這些電壓值在例如(TC的室內溫度的情況下沒有達到。一般在蓄電池單池的運行中用于Umax的值能夠位于在4.2V與5.0V之間，用于Umin的值位于在1.5V與4.2V之間，優選地位于在
1.8V與4.15V之間，然而這些值不涉及空載電壓。
[0098]上述電壓值適用于單個蓄電池單池。對于蓄電池模塊取決于多少單池串聯或并聯連接。因此允許的模塊空載電壓UBatteriemodul位于在ηX2.8V至nX4.2V之間，其中η表示相互串聯連接的蓄電池單池的數量。
[0099]在鋰離子蓄電池單池中用于溫度的閾值例如在Tmin=_40 °C并且Tmax=30 V至50°C,最好優選為35°C至40°C。由安全方面來說46°C至80°C的最大溫度Tmax_safety應該優選地不超過50°C至60°C。此外運行蓄電池單池的最大外部溫度Taui3 en應該不超過40。。。
[0100]通過蓄電池單池的蓄電池電流不應該位于在-1000A至+1000A、優選-600A至+600A、還更優選-500A至+500A、還更優選-450A至+450A、還更優選-350A至+350A的范圍之外。
[0101]蓄電池單池的內壓不應該離開2bar至8bar、優選3bar至7bar的壓強范圍。
[0102]上述討論示例性地用于鋰離子蓄電池單池或鋰離子蓄電池模塊，其中給出的值尤其適用于具有鋰-鎂-鈷氧化物作為用于陰極的活性材料的鋰離子蓄電池單池。然而本發明不限于這樣的蓄電池單池、特別是不限于鋰離子蓄電池單池。在實踐中因此待選擇的運行參數的數值依賴于相應的蓄電池單池類型。
[0103]除了上述書面的公開之外，在此為了進一步公開本發明補充地參考在圖1至10中的圖示。
【權利要求】
1.一種蓄電池單池單元(221)，其具有蓄電池單池(21)和用于監控所述蓄電池單池(21)的功能狀態的監控和控制單元(230)，其特征在于，所述蓄電池單池單元(221)包括具有在半橋裝置中連接的功率半導體(241、242)的耦合單元和與所述蓄電池單池(21)的極(222、223 )耦合的用于所述蓄電池單池(21)的快速放電的放電電路(270 )，所述功率半導體用于在所述蓄電池單池單元(221)的輸出端子(224、225)上耦合所述蓄電池單池(21)的所述極(222、223)，所述耦合單元和所述放電電路通過所述監控和控制單元(230)是可控制的。
2.根據權利要求1所述的蓄電池單池單元(221)，其中，所述監控和控制單元(221)構造為，監控所述蓄電池單池(21)的蓄電池單池電壓和/或流過所述蓄電池單池的電流，并且當存在其值超過第一電壓閾值的蓄電池單池電壓時，和/或當存在其值低于第二電壓閾值的蓄電池單池電壓時，和/或當存在其值超過預定的充電電流閾值的充電電流時，和/或當存在其值超過預定的放電電流閾值的放電電流時，使得所述耦合單元的所述功率半導體(241,242)處于開關狀態，在所述開關狀態下沒有電流流過所述蓄電池單池(21)。
3.根據上述權利要求之一所述的蓄電池單池單元(221)，其中，所述監控和控制單元(230)構造為，根據尤其是通過蓄電池管理系統通信的信息和/或對所述蓄電池單池(21)的所測量的單池溫度的分析和/或對所述蓄電池單池電壓的分析來識別危險情況的存在，尤其是在超過預定的溫度閾值的單池溫度的情況下和/或所述蓄電池單池電壓的電壓驟降的情況下識別所述危險情況的存在；并且當存在所述危險情況的情況下激活用于所述蓄電池單池(21)的快速放電的所述放電電路(270)。
4.根據權利要求3所述的蓄電池單池單元(221)，其中，所述放電電路(270)包括串聯電路，所述串聯電路具有電阻(272)和功率半導體(271)，尤其是具有晶閘管和/或帶有再生開關和再生電阻的再生 電路；并且所述放電電路被設置為，在激活的狀態下所述蓄電池單池(21)以預定的放電電流或以由所述放電電路(270)控制的借助于所述監控和控制單元(230 )可控制的放電電流來放電。
5.根據上述權利要求之一所述的蓄電池單池單元(221)，其中，所述耦合單元具有由兩個半橋組成的全橋，所述半橋分別包括與所述蓄電池單池(21)的正極(222)耦合的第一功率半導體(241、251 )、與所述蓄電池單池(21)的負極(223)耦合的第二功率半導體(242、252)和中間連接端，并且經由相應的中間連接端分別與所述蓄電池單池單元(221)的另一輸出端子(224、225)連接，其中所述蓄電池單池單元(21)被設置為，在正常運行下借助于所述監控和控制單元(230)的控制如此地驅動所述耦合單元，以使得可選擇地在所述蓄電池單池單元(221)的所述輸出端子(224、225 )上沿正或負方向存在所述蓄電池單池(21)的蓄電池單池電壓或在所述蓄電池單池單元(221)的所述輸出端子(224、225)上不存在蓄電池單池電壓。
6.一種用于借助于在蓄電池單池裝置(221)中設置的監控和控制單元(230)監控在所述蓄電池單池裝置(221)中設置的蓄電池單池(21)的方法，其特征在于，借助于耦合單元驅動所述蓄電池單池(21)，所述耦合單元包括在半橋裝置中連接的功率半導體(241、242)，所述功率半導體用于在所述蓄電池單池單元(221)的輸出端子(224、225)上耦合所述蓄電池單池(21)的極(222、223)，其中如果通過所述監控和控制單元(230)確定所述蓄電池單池(21)的故障情況或危險情況，那么借助于所述耦合單元和/或借助于與所述蓄電池單池(21)的所述極(222、223)耦合的放電電路(270)使得所述蓄電池單池處于安全狀態，所述放電電路設置用于所述蓄電池單池(21)的快速放電。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，以如下方式通過放電使得所述蓄電池單池(21)處于所述安全狀態，即通過如此地控制所述耦合單元，以使得在所述半橋(240、250)中接通一個功率半導體(241、242、251、252)而另一功率半導體(241、242、251、252)在激活的運行中作為可控的電阻被驅動，和/或借助于所述放電電路(270)以流過所述放電電路(270)的放電電流將所述蓄電池單池(21)放電，所述放電電流對應于所述蓄電池單池(21)的短路電流的預定的一部分。
8.根據權利要求6或7所述的方法，其中，通過如下方式使得所述蓄電池單池(21)處于所述安全狀態，即通過接通所述半橋的第一功率半導體，從而導通地連接所述蓄電池單池單元(221)的第一輸出端子和第二輸出端子，并且關斷相同的半橋的第二功率半導體，或者在使用由兩個形成全橋的半橋組成的耦合單元的情況下，分別接通兩個與所述第一輸出端子連接的功率半導體或者兩個與所述第二輸出端子連接的功率半導體。
9.一種蓄電池系統(210)，其特征在于，所述蓄電池系統包括蓄電池和蓄電池管理系統(211)，所述蓄電池具有至少一個蓄電池組(280、290、300)，在所述蓄電池組中設置有多個根據權利要求1至5之一所述的蓄電池單池單元(221 )，其中所述蓄電池管理系統被構造為與所述蓄電池單池單元(221)的監控和控制單元(230 )進行通信。
10.一種機動車，其具有電機和用于給所述電機供電的牽引用蓄電池，所述牽引用蓄電池包括根據權利要求1至5之一所述的蓄電池單池單元(221)或根據權利要求9所述的蓄電池系統( 210)。
【文檔編號】H02J7/00GK104052095SQ201410092233
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月13日 優先權日:2013年3月15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