[發明專利]具有更高可靠性的牽引用電池

有效

• 申請號: 200980156313.3
• 申請日: 2009-12-14
• 公開（公告）號: CN102308430A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: H·芬克
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01M10/44
• 分類號: H01M10/44;H01M10/46;H02J7/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 侯鳴慧

技術領域

本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的電池、尤其是牽引用電池。

背景技術

已經顯現出，在將來不僅在靜止應用中(例如，風電設備)而且在車輛中(例如，在混合動力車輛和電動車輛中)會越來越多地使用新的電池系統，對這些新的電池系統提出了非常高的要求或者可靠性。這些高要求的背景是：電池的失效可能導致整個系統的失效(例如，在電動車輛中牽引用電池的失效導致所謂的“拋錨”)或者甚至可能導致關乎安全的問題(在風電設備中例如使用電池，以便在強風時通過轉子葉片調節以免設備出現不可靠的運行狀態)。

在圖9中示出了根據當前的現有技術的電池系統的電路原理圖。為了通過電池系統實現所要求的功率數據和能量數據，將單個電池單元串聯地并且部分附加并聯地連接。除電池單元外，電池系統還具有所謂的充電與分離裝置，其在圖9中不失一般性地設置在電池的正極和電池單元之間。通過分離開關TS可以單極地接通或關斷電池。作為可選的功能單元，在圖9中還示出了另一分離裝置，借助其可以在需要時通過第二分離開關雙極地關斷電池。在充電與分離裝置中還存在所謂的充電開關，借助其可以將充電電阻連接到電池單元與外部連接的系統之間，以便限制在接入電池時的補償電流。在這樣的接入過程中，在充電與分離裝置中在斷開分離開關時首先閉合充電開關并且附加地(只要存在)閉合電池系統的負極上的可選的分離裝置中的分離開關。然后，通過充電電阻對外部連接的系統的輸入電容進行充電。如果電池系統的正極和負極之間的電壓僅僅不明顯地偏離電池單元的總電壓，則通過閉合充電與分離裝置中的分離開關來結束充電過程。然后，電池系統低歐姆地連接到外部的系統上并且可以以其專門的功率數據運行。通過所描述的處理方式可以將在外部系統與電池系統之間在電池系統接入過程中出現的補償電流限制在允許的值上。

通過失效率或故障率表征電池系統的可靠性。失效率描述在所觀察的時間間隔中平均預期的失效數量。

可以如下求得具有單電池單元的串聯電路的電池的失效率：

失效率_{牽引用電池}＝1-(1-失效率_電池單元)^{電池單元數量}????????(1)

因此，對于具有100個電池單元的串聯電路以及在所觀察的時間間隔中100ppm/電池單元的失效率的電動車輛的牽引用電池例如得出：

失效率_{牽引用電池}＝1-(1-100ppm)¹⁰⁰＝9.95‰?????????????????(2)

在單個電池單元的失效率很小的情況下(例如，在所觀察的時間間隔中失效率_電池單元＜1‰)，可以近似地如下計算失效率(二項式級數的冪級數展開式的在第一項后的舍項)

失效率_{牽引用電池}≈電池單元數量×失效率_電池單元????????????(3)

因此，所觀察的牽引用電池的失效率接近于單個電池單元的失效率的100倍。對于電池系統的失效率所要求的值，必須使單個電池單元的失效率大約小100倍。如果對于具有100個串聯的電池單元的電池系統在所觀察的時間間隔上要求100ppm的失效率，則所述電池單元在所述時間間隔上必須具有1ppm的失效率。這是極其難以滿足的要求。

發明內容

本發明的任務是相對于當前的現有技術提高電池系統的可靠性。在此電池模塊的一個電池單元或多個電池單元的失效不應導致電池系統的完全失效。電池系統應可以以有限的有效功率可供使用。

相比之下，根據本發明的具有權利要求1的特征的電池具有以下優點：電池系統相對于當前的現有技術在內部擴展了額外的功能單元。在此涉及：

●分離裝置和/或

●充電與分離裝置和/或

●跨接裝置

以下對這些進行詳細描述。根據本發明，基于這些功能單元構造在一個或多個電池單元失效時可以跨接的電池模塊。如果整個系統由多個這樣的電池模塊組成，則可以在相應的模塊中一個或多個電池單元失效時根據電池系統的要求或實施方式跨接電池模塊中的一個或多個。電池系統雖然具有在其端子上相對于常規運行受限的有效功率，但在電池系統的適當設計下可以避免系統的失效或者系統的安全臨界狀態。此外，識別電池單元或模塊的失效，并且可以引入維修措施。由此提高電池系統的可靠性。

從屬權利要求示出本發明的優選擴展構型。