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CN102742066B - 强电流电池系统以及用于控制强电流电池系统的方法 - Google Patents

强电流电池系统以及用于控制强电流电池系统的方法 Download PDF

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CN102742066B CN201180008698.6A CN201180008698A CN102742066B CN 102742066 B CN102742066 B CN 102742066B CN 201180008698 A CN201180008698 A CN 201180008698A CN 102742066 B CN102742066 B CN 102742066B
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Abstract

本发明涉及一种特别是用于车辆传动装置的强电流电池系统，其中有大的运行电流流动。该强电流电池系统（1）包括电池系统监视电子设备（12）和多个电池模块（4），每个电池模块（4）包括至少一个可重复充电的电池单元（10），并且所述多个电池模块借助运行电流线路（5）串联电连接以使得在运行期间运行电流流过运行电流线路（5）。至少一个电池模块（4）被构造为旁路电池模块（6），所述旁路电池模块包括旁路开关（7）和旁路线路（8），所述旁路开关和旁路线路被构造和设置为使得在旁路开关（7）从正常运行位置切换至旁路位置之后，电池模块（6）被旁路线路（8）电桥接以使得运行电流流过旁路线路（8）。电池系统监视电子设备（12）针对每个旁路电池模块（6）都包括一个模块监视单元（11），该模块监视单元监视所属的电池模块（6）并且检测模块（6）的故障状态。在由模块监视单元（11）之一检测到电池模块（6）的故障状态时，电池系统监视电子设备（12）测量运行电流线路（5）中的电流流动并且在运行电流线路（5）中的电流流动低于预先确定的极限数值的时刻将所涉及的电池模块（6）的旁路开关（7）从正常运行位置切换至旁路位置。

Description

强电流电池系统以及用于控制强电流电池系统的方法
技术领域
本发明涉及一种其中有大的运行电流流动并且特别适合用于车辆传动装置的强电流电池系统。该强电流电池系统包括多个电池模块，每个电池模块包括至少一个可重复充电的电池单元（蓄电池单元），并且所述多个电池模块借助运行电流线路串联电连接，使得在运行期间运行电流流过运行电流线路。
背景技术
强电流电池系统在需要大容量并且能够流动数十或数百安培范围内的大电流的许多移动设备中使用。强电流电池系统的使用示例是移动工具或者还有车辆，特别是其中通常流动从100 A到大约400 A范围内的最大电流的电动车辆。但是强电流电池系统在其它电设备中也是必需的，特别是在包括马达并且需要大电流来启动马达的设备中。
从现有技术中已知的是，当使用电池系统时，必须对各个电池单元进行监视以避免例如可能由于过度充电或电池内故障而出现的对电池的损坏或毁坏。
为了避免在包括多个可重复充电电池（蓄电池）的电池系统中对各个单元过度充电，DE102004013351A1提出了一种用于对串联连接的多个可重复充电电池分配负荷并且监视的设备。通过检测充电期间施加的电压、电压梯度以及温度来监视各个蓄电池。如果出现故障，则相应的蓄电池经由可调阻抗而被桥接，其中中断或减少充电电流供应并且接通旁路。
危险状态不仅会在充电时、特别是在过度充电时出现，而且也会在运行期间出现。从现有技术已知的是，对电池以及电池系统的各种运行状态进行监视，并且在出现故障状态时将有故障的电池与电池系统进行隔离。对这种电池管理系统的建议例如由US 2008/0084182 A1进行。
US2007/0212596A1涉及包括单个或多个电池单元的电池系统在特定的所监视的参数偏离额定值时的安全关闭，所述电池系统特别包括锂离子电池。例如，对电池的温度进行检查。如果至少一个单元超过了预定温度则电子地将所有单元关闭。可替换地或附加地，检查设备可以监视这些单元的充电状态和充电周期。此外也可以对电气化学单元的电压和/或内部阻抗进行监视。
US2002/0074861A1提出了一种用于将车辆内电池隔离开的设备。在故障的情况下，如果在出现短路、起火、事故或类似情形的情况下威胁到车辆或乘客的安全，则将车辆中的电池关闭。此外规定能够激活和停止关闭设备，以防止车辆完全静止。可替换地，设置电容器，由此确保车辆即使在电池出现短路或电压下降的情况下也不会完全没有电压供应并且能够执行安全关闭。这种安全关闭优选地经由作为开关工作并且将电池断开的晶体管来进行。
在例如电动车辆的许多使用电池的领域中，在出现故障的情况下电池必须尽快可靠地关闭。因此在现有技术中，能够对电池的大运行电流进行开关的强电流开关被用来断开或桥接有故障的电池。然而，强电流开关的缺陷在于其非常昂贵。此外，必须对每个电池或每个电池单元使用单独的开关。这相应增加了成本，特别是在电动车辆中使用大量电池单元时。
除了使用强电流开关之外，还已知损毁（例如切断）单个电池单元的供电线路或运行电流线路，以使得在严重故障的情况下无论如何都被关闭。
发明内容
在此背景下，本发明要解决的问题是提出一种有所改进的强电流电池系统，其中对各个电池模块进行监视并且在识别出故障状态的情况下将其关闭。
该问题通过具有权利要求1的特征的强电流电池系统，以及具有权利要求15的特征的用于控制强电流电池系统的方法解决。引用独立权利要求的从属权利要求描述了根据本发明的强电流电池系统以及根据本发明的方法的优选的非明显实施方式。
大的运行电流在根据本发明的强电流电池系统中流动。其最大数值通常处于至少数十安培的范围之内，经常处于从100至大约400 A的范围之内。运行电流是强电流电池系统利用其进行充电的充电电流，或者是利用其从强电流电池系统排出能量的放电电流。在本发明的范围中，术语“大的运行电流”被理解为至少10 A、优选至少20 A的充电或放电电流。这种类型的强电流电池系统特别适于车辆传动装置，例如适于电动汽车。随后的描述将涉及用于车辆传动装置的强电流电池系统而不限制一般性，并且将借助这种类型的传动装置或电动车辆更为详细地描述本发明。
所述强电流电池系统包括电池系统监视电子设备和多个电池模块。每个电池模块包括至少一个可重复充电的电池单元。作为闭合单位的电池单元可以存储或排出电能量，也就是说电池单元可以进行充电或放电。为此需要包含在所述单元之中的活性材料。在本发明的含义下，活性材料是在充电和放电期间进行氧化或还原反应的正或负电极的电气化学有效物质。所述电极必须在电池单元内部相互电隔离。然而，必须通过适当电解液来保证离子在电极之间的传输。
例如，在锂离子电池单元中，所述活性材料是使得能够对承载电荷的锂离子进行可逆的吸收和释放的材料。它们是正或负电极的主要成份。例如，正电极可以包含锂钴氧化物。在充电期间，锂离子从电极所释放并且钴离子被氧化。负电极例如包含碳，其在单元充电时减少并且在该过程中吸收锂离子。电解液由有机溶剂或溶剂混合物和导电盐所构成。
根据本发明的电池单元包含电解液和活性材料。所述活性材料和电解液在电池单元运行期间均不被补充、输送或排出。换句话说，在电流流入或流出电池单元的充电或放电过程期间电解液和活性材料都不排出、输送或从外界影响存在于电池单元中的材料的数量。所述单元包含存储、加载和释放能量所必需的所有组件。
在优选实施方式中，电池单元具有壳体，在所述壳体中包含所述活性材料和电解液。所述壳体以所述活性材料和电解液在单元运行期间都不能被排出或输送的方式而闭合。
在电池单元中存在至少一个电极配对，所述电极配对包括正电极和负电极。因此在其最简单的实施中，电池单元仅包括两个电极。例如，在圆柱体单元中，一个负电极和一个正电极将以卷轴的形式缠绕在一起。电池单元优选地具有壳体，所述壳体对每个电极各具有一个连接端子。然而，多个正电极和负电极也可能包含在一个电池单元中。对这种类型的电池单元典型的是上下排列或并排排列的多层构造，其面积尺寸明显大于其厚度。这些层具有大致相同的面积尺寸并且在电池单元内以夹层的方式排列。例如，具有方形壳体的棱柱形电池单元是常见的。典型地，正电极和负电极都在电池单元内部并联连接。
所述电池单元具有两个连接端子（极），其中一个连接端子建立与一个或多个正电极的接触而另一个连接端子则建立与一个或多个负电极的接触，从而所述电池单元能够被连接为电路。
所述强电流电池系统的多个电池模块与运行电流线路串联连接，以使得在所述强电流电池系统运行时，运行电流（放电电流或充电电流）流过所述运行电流线路。所述运行电流线路连接至少两个相邻的电池模块。但是在本发明的含义下，运行电流线路也被用来表示所述强电流电池系统内引向电池系统的负载连接端子的线路。
所述强电流电池系统的至少一个电池模块被构造为旁路电池模块。其包括旁路开关和旁路线路。所述旁路开关在正常运行位置时接通，使得运行电流流过所属的（旁路）电池模块。所述旁路线路被设计和部署为使得在所述旁路开关从正常运行位置切换至旁路位置时，所述旁路电池模块通过所述旁路线路而被电桥接。当所述开关处于旁路位置时，运行电流流过旁路线路而不再流过旁路电池模块，从而电池单元不在外部进行短路。所述强电流电池系统针对每个旁路电池模块都包括一个模块监视单元，该模块监视单元监视所属的旁路电池模块并且检测该模块的故障状态。
根据本发明的方法包括以下步骤：
借助所述强电流电池系统的模块监视单元对系统的旁路电池模块进行监视。当在电池模块之一中出现故障状态时，该状态被检测到。所述电池系统监视电子设备测量电流在运行电流线路中的流动。如果电池模块有故障，则检查运行电流线路中的电流流动是否低于预先确定的极限值，所述极限值通常根据所使用的强电流电池系统的旁路开关来定义。只要电流流动低于所述极限值，旁路开关就从正常运行位置被切换至旁路位置，使得针对其检测到故障状态的（所属）旁路电池模块被电桥接以使得运行电流流过旁路线路。因此，在这种情况下，运行电流不流过故障电池模块，而是从故障电池模块旁流过。运行电流继续流过所述强电流电池系统的未受损的电池模块。
根据本发明的强电流电池系统的优势在于，通过识别故障状态而避免了经由旁路开关的外部短路。所述旁路开关以故障情况下有故障的电池模块不经由电池模块连接端子进行桥接而是运行电流通过单独的旁路线路引导的方式进行构造和设计。因此，该电池模块不再接入强电流电池系统的电路中，而是与该电路脱离耦合。因此如果电池模块仅包括一个电池单元，则该电池单元被脱离耦合。以这种方式确保了没有电池单元在外部短路，也就是说不会在它们的连接极之间产生短路。
经由电池模块连接端子对有故障的电池模块进行桥接将会导致该模块的外部短路。如果电池模块或电气化学电池单元被外部短路，与内部短路的情况相类似，则电池单元中所存储的所有能量都被释放。例如，已知在具有有机电解溶液的常规锂离子电池中通过内部短路已经出现了能量的自发释放而导致电池爆炸和起火的状态。因此，通常要避免包含电气化学活性材料的所有类型的电池中的短路。借助根据本发明的电池开关以及经由旁路线路而改变的电流引导可以可靠地保证该避免。
所述电池系统监视电子设备包括所要监视的电池模块的所有模块监视单元以及可能的其它组件。通过所述电池系统监视电子设备提供了监视和控制所述强电流电池系统所需要的所有功能。特别地，其可以包括微处理器或其它硬件。其功能可以部分借助软件实现。优选地还能够执行它的附加功能，例如用于与所述强电流电池系统之外的模块或器件进行通信。
当检测到旁路电池模块的故障状态时，借助电池系统监视电子设备测量在运行电流线路中的电流流动。该检测通过电池系统监视电子设备的组件来执行。其优选地借助有故障的电池模块的模块监视单元来进行。在此，各个模块监视单元能够自主且相互独立地工作。它们可以被设计为测量电流流动、进行与预定极限值的比较，和/或控制旁路开关以使其从正常运行位置切换至旁路位置。在这种情况下，每个模块监视单元优选地具有其自己的微处理器。可替换地，这些功能中的一些或全部也可以由电池系统监视电子设备的单独组件来执行。
模块监视单元同样可以以硬件实现，并且可选地部分以软件实现。显然，电子组件可以根据要求而在一个或多个结构单元中进行组合。特别地，模块监视单元可以作为单独的结构单元被分配给每个电池模块的。例如，模块监视单元可以将运行电流线路中所测量的电流流动传输至电池系统监视电子设备的组件（例如，微处理器），以使得电池系统监视电子设备的微处理器执行与预定极限值的比较，所述预定极限值例如存储在所述电池系统监视电子设备的存储器中。
除了所需要的传感器之外，所述模块监视单元优选地集成在电池系统监视电子设备的中央单元中。空间集成可能是有利的，原因在于这使得非常紧凑的结构成为可能并且可以将多个模块监视单元进行组合。在该实施方式中，电池模块仅具有对于检测故障状态所需要的传感器（例如，温度传感器）。测量数值在电池系统监视电子设备的中央单元中经历进一步的处理。
每个模块监视单元对所分配的电池模块进行监视并且检测所出现的故障状态。电池模块的故障状态可能是运行参数或运行数值偏离标准数值或额定数值。诸如电池模块上存在过热、泄漏或过高压力的技术故障或缺陷也被归类为故障状态。诸如电压、电流、充电周期或温度的各个参数可以被测量或观察并且与额定数值进行比较以监视电池模块。只要所监视的测量数值偏离额定数值并且处于公差范围之外以至于存在对电池单元或电池模块的损害、起火或爆炸的危险，就检测到故障状态。故障检测以及必要的传感器对于本领域技术人员而言是例如可从上述现有技术获知的，特别是从DE102004013351A1获知。
在特别优选的实施方式中，所述强电流电池系统的电池单元是碱性金属电池单元。其活性金属是来自碱性金属的化学族的金属，优选为锂。例如，有利地可以使用广泛采用的锂离子电池单元。然而，特别优选为其电解液基于SO2的碱性金属电池或锂电池。除其它优势之外，与通常使用的具有有机电解液的锂离子电池相比，具有SO2电解液的锂离子电池展现出了更好的功能可靠性。
电动车辆的强电流电池系统以高度变换的方式运行。在恒定驾驶和加速的情况下，电流从电池系统排出，使得放电电流流向电动车辆的传动马达。当车辆制动时，制动能量被用来对电池系统进行充电，使得充电电流流向强电流电池系统。驾驶运行和制动运行之间的变换总是又导致在电动马达和电池系统之间的供电线路中流动的电流低的运行状态。运行电流经常下降至零，从而强电流电池系统无电流。因此在实践中当电动车辆传动装置中经常出现运行电流线路中的运行电流低于极限数值的运行状态。这些状态存在足够长的时间段以使得旁路开关切换并且桥接有缺陷的电池模块。
本发明利用了该认识。当电池模块的故障被模块监视单元之一检测到时，优选地，电池系统监视电子设备测量在运行电流线路中的电流流动，并且使得所涉及的电池模块的旁路开关在运行电流线路中的电流流动低于预先确定的极限数值的时刻从正常运行位置切换到旁路位置。
根据具体情形的要求，电池模块应当在相对短的时间内关闭，所述时间优选地小于一分钟，特别优选地在数秒之内（最高10秒钟）。为此，接通旁路以使得有缺陷的模块脱离电耦合并且确保电流流过其它（未损坏的）电池模块。不可能在所有情况下都保证运行电流低于极限值的运行状态会在所期望的持续时间内出现。该状态也可以被受控地引发。为此，可以将具有电池模块的整个强电流电池系统与负载或负荷（例如电动马达）短暂地断开。这样的断开持续至系统的旁路开关已经被切换并且有故障的电池模块已经被桥接为止。
在强电流电池系统的优选实施方式中，负载电流控制单元被用来产生该低电流运行状态，在该低电流运行状态中电池系统中的运行电流低于极限数值。该控制单元控制强电流电池系统和负载之间的电流流动，以使得运行电流线路中的电流低于极限数值。在本发明的范围中已经认识到，为此有利地可以使用存在于电动车辆中的电动马达控制单元，利用该电动马达控制单元对作为发送器的电子油门踏板所生成的额定数值进行调节。电动发动机控制单元对车辆的电动马达进行调节，以使得在驾驶运行和加速运行时从强电流电池系统排出电流。在制动运行期间，电流由电动发动机生成并且被输送至电池系统。当空转运行时，发动机与强电流电池系统脱离耦合。必需的高性能电子元件已经作为电动发动机控制单元的组件而存在于电动车辆中。
在本发明的范围中已经认识到，存在于车辆中的电动发动机控制单元的高性能电子元件可以被用来引起本发明所需要的强电流电池系统与负载的脱离耦合。断开在此仅需要进行足够旁路开关切换以及有缺陷电池模块被桥接的时间段。这种短暂的断开优选地持续小于一秒，特别优选地小于100毫秒，尤其优选地小于20毫秒。因此，即使在电动车辆处于驾驶运行时，用户通常也不会或几乎不会注意到。
可替换地，在电动车辆中代替将负载与强电流电池系统完全断开，可以通过所述电动发动机控制单元降低负载电流以使得强电流电池系统中的运行电流低于必需的极限数值。这种类型的限制可以通过发动机中的相位段控制、通过电流脉冲或电流切断，或者通过本领域技术人员已知的类似方法来进行。
当电动车辆处于驾驶运行时，通常在加速期间有高达400 A的电流流动。如果要在驾驶运行或加速的运行状态模式中接通旁路，也就是说在处于负载下时接通旁路，则存在很大的点火电弧或开关火花的危险。具有一个或多个有缺陷的单个单元的已经出现缺陷的电池模块由于火花形成而可能导致起火并且造成更大损害。
借助根据本发明的安全关闭，有缺陷的电池模块不会在负载下被断开，而是在运行电流线路中的运行电流低的状态中被断开。当旁路开关接通期间，运行电流优选小于1 A，特别优选地接近于零安培。特别地，所述旁路开关被简单接通，原因在于仅只需要接通（远）低于运行电流的更小的电流。无论如何，运行电流应当低于预先确定的极限数值，所述极限数值取决于所使用的旁路开关。
接通小的电流（小于1 A）的优势在于不会像在接通处于数十或至少100安培范围中的高电流时的情况那样出现电弧或开关电弧。因此也无需进行电弧熄灭。在强电流电池系统的优选实施方式中，选择电流流动的预定极限数值以使得其最高0.5 A，优选地最高0.2 A，特别优选地最高0.1 A。通常，还可能将所述预先确定的极限数值确定为2 A、5 A或10 A。随后必须对旁路开关进行相应匹配。
利用最高1 A的预定极限数值，可以使用简单的开关，该开关不必为高负载或强电流开关。由于这些简单开关与高负载或强电流开关相比是便宜的，所以这导致明显的成本节约。例如，可以使用磁性开关、简单继电器或其它简单开关。开关只需要满足以下标准，即该开关在“闭合”状态中、即当其切换到正常运行位置或旁路位置时能够可靠地引导强电流电池模块中的运行电流，而不会出现干扰。
附图说明
将借助附图更为详细地对根据本发明的电池系统的优选实施方式行解释，但不限制一般性。这里所设计的特殊性可以单独或者组合出现。在附图中：
图1 示出了具有电动马达、强电流电池系统和电动马达控制单元的电动车辆的一般视图；
图2 示出了根据本发明的具有多个电池模块以及至少一个旁路电池模块的强电流电池系统；
图3 示出了具有多个单个单元的旁路电池模块的详细视图；
图4示出了具有所连接的负载的图2的强电流电池系统；
图5 示出了旁路电池模块的可替换实施例。
具体实施方式
图1示出了具有根据本发明的强电流电池系统1、电动马达2以及对电动马达2进行控制的电动马达控制单元3的电动车辆。用于电动马达控制单元3的发送器31构成为电子油门踏板。然而，发送器31也可能是手工控制器等。当电子车辆运行时，或多或少的能量根据电子“油门踏板”31的位置从强电流电池系统1排出并且被输送至电动马达2。电流流动是相应大小的。当识别出旁路电池模块6具有故障状态时，在强电流电池系统1和电动马达2之间流动的负载电流优选地经由电动马达控制单元3控制，以使得强电流电池系统1的运行电流线路5中的多个电池模块4之间所流动的电流低于预定的极限数值。负载电流因此被节流，以使得随后可以将有缺陷的电池模块断开。由于该控制，现在可能有意引起在驾驶运行期间自发出现的运行状态，在该状态中，优选地小于1 A的低电流在强电流电池系统1中流动。以这种方式，可以在电池模块中检测到故障时立即断开故障模块。不必等到运行电流低于极限数值的“低电流状态”自己出现。
在图2和3中，详细示出了根据本发明的强电流电池系统1。其包括串联连接的多个可重复充电的电池模块4。运行电流线路5连接串联连接的电池模块4，以使得运行电流能够流过电池模块4。所述电池模块形成了模块支路。在可替换实施方式中，多个（例如两个）模块支路可以与多个电池模块4并联连接。
图2示出了所有电池模块4被构造为旁路电池模块6，并且它们均具有旁路开关7和旁路线路8。旁路电池模块6可以借助旁路开关7进行切换，以使得当开关7处于旁路位置时，运行电流线路5中的运行电流流过旁路线路8并且在出现并识别出旁路电池模块6中的故障状态时旁路电池模块6被旁路（图3）。
在优选实施例中，强电流电池系统1具有至少三个旁路电池模块6，优选为至少五个旁路电池模块6。特别优选的是具有至少十个旁路电池模块6的实施方式。强电流电池系统中数量为16个的旁路电池模块已经被证明是对于电动车辆中的实际使用最为有利的。串联连接的旁路电池模块6的数量越大，有故障的和被桥接的电池模块6的影响就越小。强电流电池系统1的总体容量与有缺陷的旁路电池模块6相比减少了。根据本发明的强电流电池系统1的优势在于除了使得各个电池模块6能够被简单地监视之外，如果仅有一个或少量电池模块6出现故障，车辆也可以毫无问题地继续运行。
在优选实施方式中，电池模块4具有串联连接的多个电池单元10。优选的是具有六个电池单元10（图3）的实施例。各个电池单元10的电压优选地被选择为使得该电池模块总共具有小于25 V的电压。例如，如果一个模块中总共包括六个电池单元10，则每个单元可以具有4V的电压。当然，其它电压和/或其它数量的电池单元也是可能的。重点在于电压总共应当低于25 V以使得电池模块仅具有安全小电压（安全特低电压SELV），从而服务技术人员或者在事故情况下例如救援人员能够对电池模块进行检查而不会对他们形成危险。所有的旁路电路优选地能够由一个服务技术人员来触发，从而所述强电流电池系统仅还具有彼此分离的单独电池模块，并且这些电池模块的电压小于25 V。在事故情况下，旁路电路应当自动被触发以将模块相互分离。这例如可以与气囊触发进行耦合。
在旁路电池模块6的两个连接端子9中的每一个上优选地设置一个被构成为转向器的旁路开关7，所述两个连接端子9将旁路电池模块6连接到运行电流线路5。旁路线路8被配置为与旁路电池模块6的电池单元10并联。如果在旁路电池模块6中检测到故障并且在运行电流线路5中流动的电流的绝对值小于预定极限值，则两个旁路开关7都从这里所示的正常运行位置切换至旁路位置，在所述旁路位置中两个开关7将旁路线路8与运行电流线路5相连接。所述极限值的绝对值取决于旁路开关7的最大开关电流，在所述最大开关电流时可能对所选择开关7进行可靠接通而不会（例如由于发热而）对其造成损坏并且不会导致开关火花或点火电弧。
当然，可能仅利用一个旁路开关7来实施旁路电池模块6。于是第二旁路开关7被旁路线路8在电池模块6的连接端子9上连接到运行电流线路5的线路部分所替代。
强电流电池系统1的模块监视单元11形成了电池系统监视电子设备12。在根据图2的强电流电池系统1的实施方式中，旁路电池模块6的模块监视单元11（除去必要的传感器）被集成在电池系统监视电子设备12的中央单元12a中。当检测到电池模块4的故障状态时，电池系统监视电子装置12测量运行电流线路5中的电流流动。该电流测量可以在运行电流线路5的任意位置上进行，也就是例如在两个相邻电池模块4之间或者在强电流电池系统1的连接端子19和电池模块4之间进行测量。
在根据图4的优选实施方式中，强电流电池系统1具有负载电流控制单元13，其对流过借助负载电流线路15连接到强电流电池系统1的负载14的电流进行控制。当在旁路电池模块6之一中检测到故障状态时，以运行电流线路5中的电流流动小于预定极限数值的方式对负载电流线路15中的电流流动进行控制，以使得有缺陷模块6的旁路开关7可以被接通。如果强电流电池系统1在电动车辆中使用，则负载电流控制单元13是电动马达控制单元3。负载14是电动马达2，从而电动马达控制单元3相应地对流入和流出电动马达2的电流流动进行调节。电池系统监视电子装置12、模块监视单元11、旁路开关7、负载电流控制单元13和/或电动马达控制单元3之间的通信例如经由总线系统（例如CAN总线）或其它信号线路来进行。
如图3所示，每个电池单元10由可选地设置在相应模块上的模块监视单元11进行监视。为了监视旁路电池模块6并且检查旁路电池模块6或电池单元10的状态，在电池单元10中例如对电压和温度进行测量。可替换地，可以仅对一些电池单元10或者仅对整个旁路电池模块6进行监视。在监视旁路电池模块6的情况下，例如检测电池模块6的温度、电压或电流。这种和类似类型的监视电路例如在DE102004013351A1中有所描述。模块监视单元11例如也可以测量运行电流电路8中的电流和/或控制旁路开关7。
在本发明的范围中，不同的电池单元10可以被用作电池模块4的组件。优选地，使用碱性金属单元，特别是其活性金属是锂的单元。有利地可以使用非常普遍的锂离子电池单元。然而，锂单元或具有基于SO2的电解液的其它碱性金属单元是特别优选的。 它们与常见的利用有机电解液工作的锂离子单元的不同之处特别是在于提高的功能可靠性。更完整的细节在相关文献中有所描述，其中例如可以参考WO2005/031908、WO2009/077140、WO2000/79631以及其中所引用的文档。
在优选实施方式中，强电流电池系统1以各个电池模块4的电池单元10包含基于SO2的电解溶液的方式来构造。这种类型的单元的特征在于电解溶液和电池系统的其它组件是不可燃的。即使在安全关键的状态中，该单元也不会起火。有利地在SO2电池单元的情况下还证明，即使被深度放电或者单个单元的极性被反转，也不会出现安全关键的状态。
在过度充电的情况下所形成的反应产物能够被可逆地退化为电解溶液的成分，从而电池单元10可以被过度充电至特定程度而无需立即断开该模块。此外，由于进行了一种自行恢复，具有故障单元10的模块也可以在特定断开时间之后被重新接入电路中，其中该模块在所述断开时间期间从强电流电池系统1断开。电池系统监视电子设备12和/或模块监视单元11优选地识别出该单元再次工作并且将旁路开关7重新切换到正常运行位置，并且因此也将旁路电池模块6重新接入强电流电池系统1的电路中。该切换同样仅在运行电流线路5中的运行电流低于极限数值时才进行。
在本发明的范围中认识到，这样的具有SO2电池单元的电池系统也可以“无能量地”被接通。在根据图5的优选实施方式中，旁路电池模块6具有并联连接至模块6的放电线路16，该放电线路包括放电开关17和放电电阻器18。该放电电路可以集成在旁路电池模块6中。只要放电开关17被闭合，电池模块4就经由放电电阻器18进行放电，直至电池模块4中的电压降至0 V。电池模块6的电容器经由放电电阻器18进行放电，其中存在的能量被转换为热。放电电阻器18必须被选择为使得在此过程中出现的热可以被传导出去（而不损坏电阻器）。
通过电池模块6的无能量状态，可以无危险地使用模块6。当在电动车辆中使用时，各个模块可以在电池被替换或者在电动车辆上工作之前被无电压地接通。例如在安装或移除期间所导致的非故意短路就不再发生。强电流电池系统1的优势在于其可以在事故的情况下经由放电电路无电流地接通。在运输期间也不会出现安全关键的状态，这是因为电池模块4上没有施加电压。这些模块4是极为安全的，这对于航空运输而言是特别有利的。
在优选实施方式中，放电开关17仅在旁路开关7已经被切换至旁路位置并且电池模块6已经与强电流电池系统1的电路脱离耦合时才闭合。因此，如图5所示，在放电开关17被接通之前检查旁路开关7是否已经被切换至旁路位置。随后才将放电开关17切换至闭合位置。

Claims (22)

1.一种强电流电池系统，其中有大的运行电流流动，包括：
- 电池系统监视电子设备（12）和
- 多个电池模块（4），每个电池模块（4）包括至少一个可重复充电的电池单元（10），并且所述多个电池模块借助运行电流线路（5）串联电连接以使得在运行期间运行电流流过运行电流线路（5），
其中
- 在电池单元（10）中包含电解液和活性材料以用于存储电能，
- 至少一个电池模块（4）被构造为旁路电池模块（6），所述旁路电池模块包括旁路开关（7）和旁路线路（8），所述旁路开关和旁路线路被构造和设置为使得在旁路开关（7）从正常运行位置切换至旁路位置之后，电池模块（4）被旁路线路（8）电桥接以使得运行电流流过旁路线路（8），其中避免电池模块（4）的电池单元（10）的外部短路，
- 电池系统监视电子设备（12）针对每个旁路电池模块（6）都包括一个模块监视单元（11），该模块监视单元监视电池模块（4）并且检测电池模块（4）的故障状态，并且
- 在由模块监视单元（11）之一检测到电池模块（4）的故障状态时，电池系统监视电子设备（12）测量运行电流线路（5）中的电流流动并且在运行电流线路（5）中的电流流动低于预先确定的极限数值的时刻将所涉及的电池模块（4）的旁路开关（7）从正常运行位置切换至旁路位置，其中所述预先确定的极限数值最高为1A并且取决于所述旁路开关。
2.根据权利要求1的强电流电池系统，其特征在于，所述活性材料和电解液在电池单元（10）的运行期间均不向电池单元（10）补充、输送或从电池单元（10）排出。
3.根据权利要求1的强电流电池系统，其特征在于，所述电池单元（10）具有其中包含所述电解液和活性材料的闭合壳体。
4.根据权利要求1的强电流电池系统，其特征在于，所述模块监视单元（11）被集成在电池监视电子设备（12）中。
5.根据权利要求1的强电流电池系统，其特征在于，所述电池模块（4）包括串联连接的多个电池单元（10）。
6.根据权利要求1的强电流电池系统，其特征在于，所述电池模块（4）包括串联连接的六个电池单元（10）。
7.根据权利要求1的强电流电池系统，其特征在于，所述强电流电池系统包括至少三个旁路电池模块（6）。
8.根据权利要求1的强电流电池系统，其特征在于，所述强电流电池系统包括至少五个旁路电池模块（6）。
9.根据权利要求1的强电流电池系统，其特征在于，所述强电流电池系统包括至少十个旁路电池模块（6）。
10.根据权利要求1的强电流电池系统，其特征在于，电流流动的预先确定的极限数值是最高1 A。
11.根据权利要求1的强电流电池系统，其特征在于，电流流动的预先确定的极限数值是最高0.5A。
12.根据权利要求1的强电流电池系统，其特征在于，电流流动的预先确定的极限数值是最高0.1A。
13.根据权利要求1的强电流电池系统，其特征在于，所述旁路开关（7）是磁性开关。
14.根据权利要求1的强电流电池系统，其特征在于，所述电池模块（4）包括与电池模块（4）并联连接的放电线路（16），该放电线路具有放电电阻器（18）和放电开关（17）。
15.根据权利要求14的强电流电池系统，其特征在于，所述放电线路（16）仅在旁路开关（7）处于旁路位置并且电池模块（4）已经被旁路线路（8）电桥接以使得运行电流流过旁路线路（8）时才通过放电开关（17）闭合。
16.根据权利要求1的强电流电池系统，其特征在于负载电流控制单元（13），其用于对通过连接到强电流电池系统（1）的负载（14）的电流流动进行控制，以使得通过强电流电池系统（1）的运行电流线路（5）的电流流动小于预先确定的极限值。
17.根据权利要求1的强电流电池系统，其特征在于，该强电流电池系统用于车辆传动装置。
18.一种具有电动马达（2）、用于控制电动马达（2）的电动马达控制单元（3）并且具有强电流电池系统（1）的电动车辆，其特征在于，所述强电流电池系统（1）依据权利要求1构成。
19.根据权利要求18的电动车辆，其特征在于，在强电流电池系统（1）和电动马达（2）之间流动的负载电流可通过电动马达控制单元（3）进行控制，以使得在强电流电池系统（1）的运行电流线路（5）中流动的电流小于预先确定的极限数值。
20.一种用于控制强电流电池系统的方法，所述强电流电池系统具有
电池监视电子设备（12）和
多个电池模块（4），每个电池模块（4）包括至少一个可重复充电的电池单元（10），并且所述多个电池模块借助运行电流线路（5）串联电连接以使得在运行期间运行电流流过运行电流线路（8），
其中
在电池单元（10）中包含电解液和活性材料以用于存储电能，
至少一个电池模块（4）被构造为旁路电池模块（6），该旁路电池模块包括旁路开关（7）以及与电池模块（4）并联连接的旁路线路（8），并且
强电流电池系统（1）针对每个旁路电池模块（6）都包括一个模块监视单元（11），
其特征在于以下步骤：
a）借助模块监视单元（11）监视电池模块（4）；
b）检测电池模块（4）的故障状态；
c）在由模块监视单元（11）之一检测到电池模块（4）的故障状态时，通过电池系统监视电子设备（12）测量运行电流线路（5）中的电流流动；
d）检查运行电流线路（5）中所测量的电流流动是否小于预先确定的极限数值，所述预先确定的极限数值最高为1A并且取决于所述旁路开关；
e）如果所测量的电流流动小于预先确定的极限数值，则将旁路开关（7）从正常运行位置切换至旁路位置，以使得其中检测到故障状态的电池模块（4）被旁路线路（8）电桥接并且运行电流流过旁路线路（8），其中避免电池单元（10）的外部短路。
21.根据权利要求20的用于控制强电流电池系统的方法，其中强电流电池系统（1）包括负载电流控制单元（13），用于对通过连接到强电流电池系统（1）的负载（14）的电流流动进行控制，
其特征在于进一步的步骤：
通过负载电路控制单元（13）对强电流电池系统（1）中的电流流动进行限制以使得强电流电池系统（1）的运行电流线路（5）中的电流流动小于预先确定的极限数值。
22.根据权利要求20的方法，其中电池模块（4）包括放电开关（17）和设置在与电池模块（4）电并联的放电线路（16）中的放电电阻器（18），并且放电开关（17）设置在放电线路（16）中，
其特征在于进一步的步骤：
检查旁路开关（7）是否被切换至旁路位置以使得电池模块（4）被旁路线路（8）电桥接并且运行电流流过旁路线路（8）；
将放电开关（17）切换至闭合位置以使得电路通过放电线路（16）闭合；
借助从电池模块（4）流入放电电阻器（18）的电流流动经由放电电阻器（18）对电池模块（4）进行放电。
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