CN107749444B

CN107749444B - 电池组模块和用于监测电池组模块的方法

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Publication number: CN107749444B
Application number: CN201710560282.4A
Authority: CN
Inventors: C.瓦格纳; D.B.格赖纳; M.里德曼; P.科恩; R.哈芬布拉克
Original assignee: Robert Bosch GmbH; GS Yuasa International Ltd
Current assignee: Jesse Thompson International Co Ltd; Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2021-12-31
Anticipated expiration: 2037-07-11
Also published as: EP3270454B1; EP3270454A1; CN107749444A

Abstract

本发明公开电池组模块和用于监测电池组模块的方法。本发明涉及一种电池组模块，其包括多个电池组电池和多个温度传感器。由此，若干温度传感器被电气连接在第一传感器单元中，并且若干温度传感器被电气连接在第二传感器单元中，并且可与第二传感器单元的电阻分开地测量第一传感器单元的电阻。本发明还涉及一种用于监测电池组模块的方法，包括多个电池组电池和多个温度传感器，其中若干温度传感器被电气连接在第一传感器单元中，并且若干温度传感器被电气连接在第二传感器单元中，对此，与第二传感器单元的电阻分开地测量第一传感器单元的电阻。

Description

电池组模块和用于监测电池组模块的方法

技术领域

本发明涉及一种电池组（battery）模块和用于监测电池组模块的方法。

背景技术

本发明涉及一种电池组（battery）模块和用于监测电池组模块的方法的部分内容可以从US 2011/210703 A1已知。DE 10 2010 001 374 A1公开了一种能量存储设备。所述设备包括用于感测单个存储单元或存储单元的群组的温度的温度传感器。

EP 2 642 575 A1公开了一种包括用于确定电池组群组是否进入异常状态的监测设备的电池组系统，和操作所述电池组系统方法。

US 2015/0132615 A1公开了一种电池组（battery pack）和管理电池组的方法。一种控制单元基于电池组温度数据来确定在电池组中提供的温度传感器是否有缺陷，并且基于对应于被确定为无缺陷的温度传感器的温度值来控制电池组模块。

可以借助于电池组来存储电能。电池组将化学能转换成电能。特别地，已知可再充电电池能够被充电和放电若干次。电池组或电池组模块包括串联或并联电气连接的若干电池组电池。

尤其锂离子电池组电池被用在可再充电电池组或电池组系统中。锂离子电池组电池具有相对更高的能量密度。锂离子电池组电池例如被用在机动车辆中，特别地用在电动车辆（EV）中、用在混合动力电动车辆（HEV）中并且用在插电式混合动力电动车辆（PHEV）中。锂离子电池组电池可包括一个或多个电极组件。

锂离子电池组电池具有称为阴极的正电极和称为阳极的负电极。借助于分离器将阳极和阴极彼此分开。电极和分离器被通常处于液体状态的电解质包围。借助于收集器将两个电极连接至电池组电池的端子。可通过端子对电池组电池充电和放电。

在放电过程中，电子在外部电路中从阳极流动至阴极，并且锂离子在电池组电池内从阳极移动至阴极。在电池组电池的充电过程中，锂离子从阴极移动至阳极。由此，锂离子被可逆地存储回到阳极的活性材料中。

为了电池组电池的安全操作，有必要监测电池组电池的技术参数。所述参数尤其包括施加于端子的电压、流动通过电池组电池的电流、和电池组电池的温度。如果电池组电池的温度为高，则电池组电池的老化被加速。此外，如果电池组电池中的温度足够高，则可能发生热失控，这会损坏电池组电池。

为了测量电池组模块内的电池组电池的温度，在电池组模块内提供温度传感器。电池组模块可包括控制单元，该电池组模块的温度传感器被连接至该控制单元。

文档US 2011/0210703 A1公开了一种包括多个电池组电池的电池组系统。该电池组系统进一步包括连接至控制电路的多个温度传感器。特别地，提供测量电池组电池的平均温度的NTC热敏电阻器。

文档US 2010/0193266公开了一种设有多个电存储设备的电力供应装置。为每个电存储设备提供单独的PTC温度检测器或NTC热敏电阻器以检测电存储设备中的每一个的温度。如果由温度检测器检测到的温度比预定温度更高，则相应的电存储设备被切断。

发明内容

提供一种电池组模块，其包括多个电池组电池和多个温度传感器。在那里，电池组模块的电池组电池被串联或并联地电气连接。

按照本发明的第一方面，若干温度传感器被电气连接在第一传感器单元中，并且若干温度传感器被电气连接在第二传感器单元中。在那里，可与第二传感器单元的电阻分开地测量第一传感器单元的电阻，并且可与第一传感器单元的电阻分开地测量第二传感器单元的电阻。

因此，当测量电池组模块内的所有电池组电池的平均温度时，可以考虑在电池组模块中提供的所有温度传感器。因此，单个温度传感器的测量结果中的误差基本上不被考虑。通过独立地测量两个分离传感器单元的两个电阻来提高测量结果的合理性。

根据本发明，电池组模块的每个电池组电池都被装备有一个温度传感器。因此，每个电池组电池都具有一个单独的温度传感器。因此，当测量传感器单元的电阻时，可以考虑每个单个电池组电池的温度。

电池组模块的若干电池组电池或所有电池组电池被并排布置。在那里，装备有第一传感器单元的温度传感器的每个电池组电池被定位成邻近装备有第二传感器单元的温度传感器的电池组电池。因此，第一传感器单元的温度传感器和第二传感器单元的温度传感器被交替地布置。

根据本发明的进一步发展，并联连接第一传感器单元的温度传感器。还根据本发明的进一步发展，并联连接第二传感器单元的温度传感器。因此，第一传感器单元和第二传感器单元每一个显现为单个温度传感器，其允许在所有电池组电池上的平均温度的测量。

根据本发明的一个有利实施例，该温度传感器具有非线性特性。这意味着，温度传感器的电阻和温度之间的关系是非线性的。温度传感器的特性使得在一定范围内的温度上升比在同一范围内的温度下降产生更大的电导率改变。

特别地，温度传感器是NTC电阻器。NTC（负温度系数）电阻器示出温度传感器的期望非线性特性。

根据本发明，该电池组模块包括控制单元，对此，将第一传感器单元连接至控制单元的第一测量通道并且将第二传感器单元连接至控制单元的第二测量通道。当测得第一测量通道中的和第二测量通道中的不同温度时，可以凭借在控制单元中实施的简单数学模型来计算电池组模块内的最大温度。

此外，提供一种用于监测包括多个电池组电池和多个温度传感器的电池组模块的方法，按照本发明的第二方面。在其中，若干温度传感器被电气连接在第一传感器单元中，并且若干温度传感器被电气连接在第二传感器单元中。在那里，与第二传感器单元的电阻分开地测量第一传感器单元的电阻，并且与第一传感器单元的电阻分开地测量第二传感器单元的电阻。

因此，当测量电池组模块内的所有电池组电池的平均温度时，考虑在电池组模块中提供的所有温度传感器。因此，单个温度传感器的测量结果中的误差基本上不被考虑。此外，当独立地测量两个分离传感器单元的两个电阻时，提高测量结果的合理性。

有利地，并联连接第一传感器单元的温度传感器。进一步有利地，并联连接第二传感器单元的温度传感器。因此，当测量第一传感器单元的电阻和第二传感器单元的电阻时，测量所有电池组电池上的平均温度。

根据本发明的进一步发展，该温度传感器具有非线性特性，这意味着，温度传感器的电阻和温度之间的关系是非线性的。温度传感器的特性使得在一定范围内的温度上升被认为是比在同一范围内的温度下降更大的电导率改变。

优选地，温度传感器是NTC电阻器，因为此类NTC（负温度系数）电阻器示出温度传感器的期望非线性特性。

根据本发明，该电池组模块包括控制单元，对此，经由控制单元的第一测量通道来测量第一传感器单元的电阻并且经由控制单元的第二测量通道来测量第二传感器单元的电阻。当在第一测量通道中和第二测量通道中测得不同温度时，凭借在控制单元中实施的简单数学模型来计算电池组模块内的最大温度。

根据本发明的电池组模块可有利地特别地在电动车辆（EV）中、在混合动力电动车辆（HEV）中或者在插电式混合动力车辆（PHEV）中使用。而且，根据本发明的用于监测电池组模块的方法可有利地特别地在电动车辆（EV）中、在混合动力电动车辆（HEV）中或者在插电式混合动力车辆（PHEV）中使用。

本发明的优点。

根据本发明的电池组模块允许相对准确的温度测量结果与相对低成本。温度传感器（尤其NTC电阻器）是便宜的，并且温度传感器在电池组电池上的组装也是便宜的。特别地，仅控制单元的两个测量通道有必要连接温度传感器。测量电池组模块内所有电池组电池的平均温度。此外，可以凭借可在电池组模块的控制单元中实施的数学模型来估计单个电池组电池的温度的上限。特别地，可以在短时间中检测到电池组电池内的温度上升。

附图说明

为了更好理解本发明的前述实施例以及其附加实施例，应该结合附图参考下面的实施例描述，该附图示出：

图1是电池组电池处的示意性视图；以及

图2是包括图1中示出的多个电池组电池和多个温度传感器的电池组模块处的示意性视图。

在下文中，将参考绘图来描述本发明的优选实施例。绘图仅提供本发明的示意性视图。遍及各图，相似的参考数字指代对应部分、元件或部件，除非以其他方式指示。

具体实施方式

图1示出电池组电池2处的示意性视图。该电池组电池2包含外壳3，其具有例如棱柱形状。该电池组电池2进一步包含布置在外壳3内的电极组件10。该外壳3被填充有液体电解质以使得电极组件10被电解质浸渍。该电解质是离子导电的。

该电极组件10包含阳极11、阴极12和布置在该阳极11和阴极12之间的分离器18。此外，该电池组电池2包含负极端子15和正极端子16。该端子15、16用于为电池组电池2充电和放电并且被安装在外壳3上。

阳极11包含形成为平坦箔的阳极活性材料21和形成为平坦箔的阳极集电体23。该阳极活性材料21和阳极集电体23彼此附接。该阳极集电体23是导电的并且由金属（特别地，铜）制成。该阳极集电体23被电气连接至电池组电池2的负极端子15。

阴极12包含形成为平坦箔的阴极活性材料22和形成为平坦箔的阴极集电体24。该阴极活性材料22和阴极集电体24彼此附接。该阴极集电体24是导电的并且由金属（特别地，铝）制成。该阴极集电体24被电气连接至电池组电池2的正极端子16。

温度传感器30被安装在电池组电池2的外壳3上。目前，该温度传感器30是NTC电阻器。该温度传感器30的电阻取决于该温度传感器30的温度并且因此取决于电池组电池2的温度。温度传感器30的电阻和温度之间的关系是非线性的，这意味着温度传感器30具有非线性特性。例如可经由这里未示出的导线将该温度传感器30连接至控制单元60。

备选地，该温度传感器30可以被安装在电池组电池2的外壳3内部。例如，该温度传感器30可以被放置在外壳3的内壁处或者可以被插入电池组电池2的电极组件10中。温度传感器30的这样的布置允许电池组电池2的温度的更直接且更准确测量。用于连接温度传感器30的导线例如通过外壳3的壁伸出。

图2示出电池组模块50处的示意性视图。该电池组模块50包括如图1中示出的多个电池组电池2和多个温度传感器30。该电池组模块50的电池组电池2被并排布置。该电池组电池2可与这里未示出的冷却板接触。

目前，该电池组模块50包括八个电池组电池2并且相应地还包括八个温度传感器30。然而，其他数目的电池组电池2和温度传感器30也是可能的。在那里，该电池组模块50的电池组电池2中的每一个都恰好装备有一个温度传感器30。

经由第一传感器单元31中的导线来电气连接电池组模块50的若干温度传感器30。而且，经由第二传感器单元32中的导线来电气连接电池组模块50的若干温度传感器30。该第一传感器单元31和第二传感器单元32彼此电气绝缘。因此，可与第二传感器单元32的电阻分开地测量第一传感器单元31的电阻，并且可与第一传感器单元31的电阻分开地测量第二传感器单元32的电阻。

并联电气连接第一传感器单元31的温度传感器30。还并联电气连接第二传感器单元32的温度传感器30。串联电气连接第一传感器单元31的温度传感器30或第二传感器单元32的温度传感器30也将是可能的。

用于第一传感器单元31和用于第二传感器单元32的温度传感器30被选取成使得装备有第一传感器单元31的温度传感器30的每个电池组电池2都邻近装备有第二传感器单元32的温度传感器30的电池组电池2来定位。因此，第一传感器单元31的温度传感器30和第二传感器单元32的温度传感器30被交替地布置在电池组模块50的邻近电池组电池2上。

该电池组模块50还包括用来监测和控制电池组模块50的控制单元60。该控制单元60尤其包括用于连接温度探头的第一测量通道61和第二测量通道62。该第一传感器单元31被连接至控制单元60的第一测量通道61并且该第二传感器单元32被连接至控制单元60的第二测量通道62。

经由控制单元60的第一测量通道61来测量第一传感器单元31的电阻。经由控制单元60的第二测量通道62来测量第二传感器单元32的电阻。在控制单元60中，实施检查测量结果的合理性的数学模型。当在控制单元60的第一测量通道61中和第二测量通道62中测得不同温度时，还凭借所述数学模型来计算电池组模块50内的电池组电池2的最大温度。

影响电池组电池2的温度上升的典型误差特别地增大电池组电池2内（尤其电极组件10内）的内部电阻，或者增大连接不同电池组电池2的端子15、16的端子连接器的电阻。当电池组电池2失去与冷却板的接触时也引起电池组电池2的温度的上升。

在该数学模型内，可以例如假设在通过两个测量通道61、62的不同温度测量结果的情况下，一个电池组电池2具有比其他电池组电池2更高的温度。所述电池组电池2的所述增大的温度通常受如以上描述的典型误差的影响。假设特定温度分布的更复杂模型是可能的。

当电池组模块50的一个电池组电池2具有比其他电池组电池2更低的温度时，通过两个测量通道61、62的不同温度测量结果也能出现。然而，所述情况不可能在电池组模块50的真实操作中并且因此在数学模型内被忽视。

为了解释的目的，已经参考特定实施例描述了前述描述。然而，不意图使以上说明性讨论为详尽的或者将本发明限于所公开的精确形式。鉴于以上教导和所附权利要求所涵盖的那些，许多修改和变化是可能的。实施例被选取和描述以便解释本发明的原理以及其实际应用，以便由此使得本领域内的其他技术人员能够在如适合于所预期的特定用途的各种修改的情况下利用本发明以及各种实施例。

Claims

1.电池组模块（50），其包括：

控制单元（60），

多个电池组电池（2），其被串联或并联电气连接地并排布置，以及

第一和第二多个温度传感器（30），

其中，第一多个温度传感器（30）被电气连接在第一传感器单元（31）中，所述第一传感器单元（31）被连接至控制单元（60）的第一测量通道（61），以及第二多个温度传感器（30）被电气连接到第二传感器单元（32），所述第二传感器单元（32）被连接至控制单元（60）的第二测量通道（62），

其中，经由控制单元（60）的第一测量通道（61）来测量第一传感器单元（31）的电阻，并且经由控制单元（60）的第二测量通道（62）来测量第二传感器单元（32）的电阻，

并且所述第一传感器单元（31）的电阻是与所述第二传感器单元（32）的电阻分开地测量的，

特征在于：

在所述控制单元（60）中实施数学模型，

所述控制单元（60）被布置成：当所述述控制单元（60）在所述第一测量通道（61）中和所述第二测量通道（62）中测量到不同的温度的时候，凭借所述数学模型来计算所述电池组模块（50）之内的最大温度，以及

所述第一和第二多个温度传感器（30）被布置成使得每个电池组电池（2）都被装备有一个温度传感器（30），并且所述第一多个温度传感器（30）被交替布置在电池组电池（2）上。

2.根据权利要求1的电池组模块（50），特征在于：

第一多个温度传感器单元（30）被并联连接，和/或

第二传感器单元（32）的第二多个温度传感器（30）被并联连接。

3.根据权利要求1的电池组模块（50），特征在于：

第一多个温度传感器（30）被串联连接，和/或

第二传感器单元（32）的第二多个温度传感器（30）被串联连接。

4.根据前述权利要求之一的电池组模块（50），特征在于：

所述温度传感器（30）具有非线性特性。

5.根据权利要求1-3之一的电池组模块（50），特征在于：

所述温度传感器（30）是NTC电阻器。

6.用于监测电池组模块（50）的方法，包括：

控制单元（60），

第一和第二多个温度传感器（30），

其中，第一多个温度传感器（30）被电气连接在第一传感器单元（31）中，所述第一传感器单元（31）被连接至控制单元（60）的第一测量通道（61），以及

第二多个温度传感器（30）被电气连接到传感器单元（32）的第二测量通道（62），

特征在于：

在所述控制单元（60）中实施数学模型，

当在所述第一测量通道（61）中和所述第二测量通道（62）中测量到不同的温度的时候，

凭借所述数学模型来计算所述电池组模块（50）之内的最大温度，以及

7.根据权利要求6的方法，其中

第一传感器单元（31）的第一多个温度传感器（30）被串联连接，和/或

8.根据权利要求6或7的方法，其中

所述温度传感器（30）具有非线性特性。

9.根据权利要求6或7的方法，其中

所述温度传感器（30）是NTC电阻器。

10.根据权利要求1至5之一的电池组模块（50）或者根据权利要求7至8之一的方法在电动车辆（EV）中、在混合动力电动车辆（HEV）中或者在插电式混合动力车辆（PHEV）中的使用。