電池系統和將電池系統與所連接的耗電器隔離的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電池系統，其具有至少一個電池單池和至少一個用于連接耗電器的連接接觸部，其中在所述至少一個連接接觸部以前連接至少一個可借助于控制電路來控制的開關元件，其中所述至少一個開關元件在閉合的控制電路的情況下被閉合并且在中斷的控制電路的情況下被斷開。
[0002]除此之外，本發明還涉及一種用于借助于至少一個連接在至少一個連接接觸部以前的開關元件來將具有至少一個電池單池的電池系統與通過所述至少一個連接接觸部連接到電池系統上的耗電器電隔離的方法，所述開關元件借助于控制電路被控制為使得所述至少一個開關元件在閉合的控制電路的情況下被閉合并且在中斷的控制電路的情況下被斷開。
【背景技術】
[0003]電池系統尤其對于電動性非常重要。尤其是在混合動力、插電式混合動力或者電動車輛中所使用的電池系統通常包括多個彼此電接線成電池模塊的電池單池。由于鋰離子單池的比較高的能量密度，其優選地用作電池系統中的可再充電的電池單池。
[0004]除了電池單池以外，電池系統通常包括多個繼電器、保險裝置和傳感器。用于連接耗電器的連接接觸部尤其是由高壓插頭(HV插頭)來提供。為了將電池系統與耗電器或與用于給電池系統的電池單池充電的充電設備電隔離，已知的是，在正連接接觸部和負連接接觸部之前分別連接主繼電器(繼電器HV+或繼電器HV —)。在此，僅當兩個主繼電器都被閉合時才實現向所連接的耗電器的能量輸出以及從充電設備的能量接收。尤其是當電池系統在所定義的額定運行極限之外運行時，尤其是當超過關于電池單池溫度、電池單池電壓和/或所出現的電流的極限值時，需要斷開主繼電器并且因此將電池系統與耗電器或充電設備電隔離。
[0005]為了監視和調節電池系統參數、如尤其是電池單池電壓和/或電池單池溫度，已知的是，在電池系統中使用電池管理系統和單池監視單元、尤其是所謂的CellSupervis1n Circuit (單池監視電路，CSC)。由單池監視單元檢測的電池系統參數被傳輸給電池管理系統或電池管理系統的控制設備、尤其是傳輸給所謂的Battery Control Unit(電池控制單元，BCU)。在此，關于遵循預定義的電池單池溫度，尤其已知的是，借助于溫度傳感器來測量電池單池的當前電池單池溫度，其中測量值由單池監視單元來檢測并且由單池監視單元傳輸給電池管理系統。在此，如果確定超過預定義的極限值，則電池管理系統將電池系統的主繼電器操控為使得其斷開。因此，為了主繼電器斷開，從傳感器到單池監視單元到電池管理系統到主繼電器的信號路徑必須無故障地工作。
[0006]如果在信號路徑之一中例如由于單池監視單元與電池管理系統之間的通信線路上的干擾而出現故障，則不能探測出超過極限值，使得主繼電器不被斷開。作為其結果，到電池系統的進一步能量輸送或從電池系統的能量接收可導致溫度進一步提高。
[0007]從印刷品DE 10 2011 115 908 Al中已知，電動自行車的電池系統的電池管理系統至少可以通過溫度傳感器檢測溫度。在此公開了，在電池管理系統中可以存放逐步升級的故障路徑的多個開關級，并且在探測到蓄電池組內的諸如過壓、欠壓、短路或超溫的狀態時觸發保險絲。
[0008]除此之外，從印刷品DE 10 2008 040 345 Al中已知如下的熱熔保險裝置，所述熱熔保險裝置用于使到用于在汽車領域中使用的電模塊中的電流中斷。
[0009]從印刷品KR 1020040036819 A中還已知用于移動電子終端設備的電池組，該電池組尤其是包括保護電路和保險裝置。在此，借助于溫度傳感器來檢測在充電/放電時的溫度并且將其與參考值相比較，其中該比較的結果可以用作保險裝置的控制信號。
[0010]在此背景下，本發明的任務是將開頭所述的電池系統尤其是進行如下改進，即在超過預定義的電池單池溫度時優選地以少量技術構造成本進一步提高斷開主繼電器的可靠性。
【發明內容】
[0011]為了解決該任務，提出一種電池系統，其具有至少一個電池單池和至少一個用于連接耗電器的連接接觸部，其中在所述至少一個連接接觸部之前連接至少一個可借助于控制電路來控制的開關元件，其中所述至少一個開關元件在閉合的控制電路的情況下被閉合并且在中斷的控制電路的情況下被斷開，其中控制電路包括至少一個熱熔保險裝置，所述熱熔保險裝置在觸發時使控制電路中斷，并且其中所述至少一個熱熔保險裝置被分配給所述至少一個電池單池。通過所述至少一個熱熔保險裝置的觸發，因此有利地使已經將所述至少一個開關元件保持閉合的控制電路中斷，使得所述至少一個開關元件斷開。由此，有利地將連接到所述至少一個連接接觸部的耗電器或連接到所述至少一個連接接觸部的充電設備與電池系統電隔咼。
[0012]在此，有利地不需要控制設備必須通過操控或觸發所述至少一個開關元件來觸發所述至少一個開關元件的斷開。因此，通過所述至少一個被集成到所述至少一個開關元件的控制電路中的熱熔保險裝置，斷開所述至少一個開關元件以用于將電池系統與耗電器或充電設備電隔離有利地被顯著減小到溫度檢測。如果超過所述至少一個熱熔保險裝置被設計針對的極限溫度，則熱熔保險裝置觸發，控制電路被中斷，所述至少一個開關元件不再保持閉合并且斷開，由此將電池系統與所連接的耗電器隔離，其中所述耗電器也可以是充電設備。優選地將熱熔保險裝置布置在電池系統的所述至少一個電池單池處。
[0013]尤其是規定，根據本發明的電池系統被構造為用于在混合動力、插電式混合動力或電動車輛中運行的儲能器。此外尤其是規定，電池系統包括多個電池單池、尤其是可再充電的鋰離子單池。根據本發明的一個構造變型，電池系統是具有多個彼此電串聯和/或電并聯的電池單池、優選鋰離子單池的電池模塊。
[0014]所述至少一個開關元件優選地被構造為電池系統的主繼電器或主接觸器(Hauptschaltschutz)ο尤其是規定，將所述至少一個開關元件構造成根據電磁原理工作的機械繼電器。也就是說，在所述至少一個開關元件的這種構型的情況下，通過控制電路有電流流經所述至少一個開關元件的勵磁線圈，其中所述開關元件通過結果得到的磁場保持閉合。如果沒有電流流經控制電路并且因此也不流經勵磁線圈，則所述至少一個開關元件斷開。
[0015]通過本發明尤其是有利地使得能夠在超過溫度極限值時主動地斷開被構造成電池系統的主繼電器的開關元件，而控制設備有利地不必觸發主繼電器的斷開。更確切地，在超過溫度極限值時主動地將使繼電器保持閉合的電壓供給中斷。由此，有利地提高在超過溫度極限值時斷開主繼電器的可靠性，因為取消了通過溫度傳感器對電池單池溫度的檢測以及將所檢測的電池單池溫度測量值傳輸給控制設備和對所檢測的電池單池溫度測量值的分析。由此，有利地減小了系統在超過溫度極限值時的易錯性以及由此提高了系統的安全性。
[0016]根據本發明的一個優選構型規定，電池系統包括電池管理系統，其中電池管理系統為控制電路提供電壓供給。用于提供控制電路的電壓供給的構造上的成本由此有利地小。
[0017]根據本發明的另一有利的構型規定，電池系統包括電池管理系統，其中電池管理系統被構造為控制所述至少一個開關元件。在此尤其是規定，電池管理系統也為控制電路提供電壓供給。按照根據本發明的電池系統的一個有利構型，對所述至少一個開關元件的控制由電池管理系統通過如下方式來實現:至少一個溫度傳感器測量至少一個電池單池的電池單池溫度，所測量的電池單池溫度作為測量值被電池系統的至少一個單池監視單元檢測，所檢測的測量值由所述至少一個單池監視單元傳輸給電池系統的電池管理系統，所述電池管理系統借助于分析單元、尤其是比較器電路探測到預定義的電池單池溫度值被超過并且主動地操控所述至少一個開關元件斷開，其方式尤其是，電池管理系統使控制電路的電壓供給中斷。
[0018]由此，有利地進一步提高了在超過溫度極限值的情況下斷開所述至少一個開關元件的可靠性，因為提供了用于斷開所述至少一個開關元件的另一觸發機制。如果所述至少一個熱熔保險裝置有故障地未觸發，則有利地通過被構造用于控制所述至少一個開關元件的電池管理系統來提供另一可能性來斷開所述至少一個開關元件以便因此將電池系統與耗電器隔離。根據本發明的一個有利的構型變型尤其是規定，電池系統的所述至少一個開關元件主要由電池管理系統來控制，并且通過觸發所述至少一個熱熔保險裝置以及與之聯系的對控制電路的中斷來斷開所述至少一個開關元件是次要的保險系統。在此，熱熔保險裝置的觸發行為有利地被規定為使得熱熔保險裝置在比電池管理系統觸發所述至少一個開關元件的斷開的溫度優選地大1%至5%之間的溫度情況下觸發。通過熱熔保險裝置的機械設計，觸發溫度可以優選有針對性地來調整。
[0019]根據本發明的另一有利的構型規定，電池系統具有至少一個單池監視單元用于監視所述至少一個電池單池的至少一個電池單池參數，其中所述至少一個單池監視單元被集成到控制電路中。電池單池參數尤其是電池單池溫度或者電池單池電壓或者電池單池電流。由于所述至少一個單池監視單元同樣需要電壓供給線路，因此當所述至少一個單池監視單元被集成到控制電路中時，電路成本或布線成本有利地降低。所述至少一個單池監視單元有利地是Cell Supervising Circuit (單池監視電路)。
[0020]根據本發明的另一有利的構型規定，所述至少一個電池單池具有用于測量電池單池溫度的溫度傳感器，其中在所述溫度傳感器中分別集成熱熔保險裝置。由此，用于制造根據本發明的電池系統的成本被有利地進一步降低，因為通常在電池系統、尤其是用在電動車輛中的電池系統的情況下給至少一組電池單池分別分配溫度傳感器，以便檢測電池單池溫度。在此，所檢測的電池單池溫度尤其是被用于控制用于對電池單池進行溫控的冷卻裝置。
[0021]按照根據本發明的電池系統的另一有利的構型，控制電路被構造成環形線路。尤其是規定，所述至少一個