电池模块制造技术

电池模块。用于优选在车辆中使用的高压电池组的电池模块，其包括多个电池单元，所述多个电池单元各自包括附接到电池单元中的每一个的电子电池单元监测模块，电池单元监测模块通过包括至少两条电线的平衡总线彼此连接，以传输数据和电流，电子电池单元监测模块电连接到电池单元的正极和负极且具有第一电开关和第二电开关，所述电开关被配置成将电池单元电连接到平衡总线的两条电线中的相应一条，电池模块包括用于存储电能的能量存储模块，其电连接到平衡总线的两条电线，以通过它们吸收或输出能量，电子电池单元检测模块和能量存储模块通过平衡总线彼此连接，以形成单元平衡系统。

Battery module

【技术实现步骤摘要】
电池模块
本专利技术涉及用于在车辆中使用的高压电池组的电池模块以及用于将各电池单元彼此之间的电荷状态平衡到相同的预定水平的方法。
技术介绍
目前，锂基可充电电池单元优选主要用于电动性(electromobility)，尤其是用于汽车行业中，作为电池模块的基础，并且这种电池单元用作高压电池组的基础。已知由串联连接的多个单个的电池单元或者由并联连接的电池单元块进行互连的可充电电池模块。这种电池模块也以串联和并联的方式连接以形成高压电池组。在可充电电池的串联连接上存在的问题是，随着充电和放电循环次数的增加，单元的可充电电池容量或电荷状态逐渐不同(driftapart)，并且电池组的总容量朝向最弱的单元连续减小。现有技术已经平衡了单元水平之间的电荷以避免这种行为。这通常在充电时通过将电阻值电子地控制切换到已经达到高电荷水平的单元从而将用于对其它单元充电的电流引导通过该“满单元(fullcell)”来被动地完成。此外，使用所谓的主动平衡来减少在被动方法中生成的电损耗。在该方面，电荷部分以电子方式从具有较高电荷的单元中取出并再次释放到较低电荷的单元中。这通常通过中央公共电子单元来实现。中央电子系统监测和平衡固定的单元分组。在该方面，能量部分从单个的单元移出，经由电压转换器缓冲，然后再次释放到另一单个单元。这里需要将电压抽头和温度传感器信号集中在电子器件上的复杂布线和电子系统。在拆卸成单个单元之后，在可能的情况下，单个单元上的所有数据不能再获得。然后需要费力地单个地表征单元，使得可以以识别成等同物的方式来重组它们。本领域需要具有电池单元管理系统的电池模块，该电池单元管理系统能够有效地平衡电池模块成本和能量，并且在无任何间隙的情况下记录和存储每个单独的电池单元的单元历史。还需要在模块边界之外使电池或模块彼此平衡。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供消除上述缺点的电池模块，并且提供具有电池单元管理系统的电池模块或者除此之外具有电池单元管理系统的多个电池模块，该电池单元管理系统能够有效地平衡一个或更多个电池模块成本和能量，并且在无任何间隙的情况下记录和存储每个单独的电池单元的单元历史。这尤其是通过(优选地在车辆中使用的)用于高压电池组的电池模块来进行。电池模块包括多个电池单元。电子电池单元监测模块附接到电池单元中的每一个。电池单元监测模块通过包括至少两条电线的平衡总线彼此连接，以传输数据和电流。电子电池单元监测模块电连接到电池单元的正极和负极。电子电池单元监测模块具有第一电开关和第二电开关。所述电开关被配置成将电池单元电连接到平衡总线的两条电线中的相应一条。电池模块包括用于存储电能的能量存储模块。能量存储模块电连接到平衡总线的两条电线，以通过它们吸收或输出电能。电子电池单元监测模块和能量存储模块通过平衡总线彼此连接，并且形成单元平衡系统。电子电池单元监测模块和所使用的电池单元基本上是相同的构造。电池单元监测模块中使用的电子部件在所有电池单元监测模块中应当是相同的或技术上相当的。由此确保控制电池单元监测模块的控制程序的平稳运行。另外，它们可以通过标准化以技术高度集成的方式且廉价地大量制造。用于控制电池单元监测模块的控制程序同样是相同的。各自固定地连接到电池单元的电子电池单元监测模块连续地检测电池单元的特征值。电池单元的特征值至少是电池极之间的电压和电池单元的温度。电池单元监测模块还检测平衡总线的至少两条电线之间的电压，并且由此可以评估电能存储模块的电荷状态。电子电池单元监测模块具有经由平衡总线彼此通信的能力，能够使用根据已知的多主系统(multi-mastersystem)的网络。电子电池单元监测模块彼此通信并且将它们自己的电池单元的电压值与其它电池单元的电压值进行比较。在已经形成所有电子电池单元监测模块的共识之后，监测模块将其具有最高电压的电池单元与至少一个相邻电池单元一起连接到平衡总线的两条电线，并且通过它们将电能从电池单元传导至电能存储器中并且再次从两条电线断开。然后，将具有过低电压的电池单元连接到平衡总线的两条电线，并且通过它们将电能从电能存储器传导到该电池单元中，并且再次从平衡总线的两条电线断开。这个过程是连续执行的。能量存储模块可以包括电容器、电线圈或电容器和电线圈的组合或者能够存储电能的其它部件。在模块边界之外，平衡总线还可以连接到其它模块中的其它总线，以将平衡系统提升到总电池水平。另选地，更高级别的平衡系统也可以根据相同的原理来对模块之间的电荷进行平衡，而不是对单个电池放电和吸收电荷进行平衡。使电池模块的各电池单元的电荷适应预定水平的方法，该方法包括以下步骤：a)提供用于高压电池组的电池模块，优选地用于在车辆中使用的高压电池组的电池模块，其各自包括多个电池单元，包括附接到电池单元的每一个的相应电子电池单元监测模块，该电池单元监测模块通过包括至少两条电线的平衡总线彼此连接，以传输数据和电流，电子电池单元监测模块电连接到电池单元的正极和负极，电子电池单元监测模块具有第一电开关和第二电开关，所述电开关被配置成将电池单元电连接到平衡总线的电线中的相应一条，电池模块包括用于存储电能的能量存储模块，该能量存储模块电连接到平衡总线的两条电线，以通过它们吸收或输出能量，并且电子电池单元监测模块和能量存储模块通过平衡总线彼此连接以形成单元平衡系统；b)将电池单元的正极连接到相邻电池单元的负极，并且将电池单元的负极连接到相邻电池单元的正极，使得产生所有电池单元的串联连接，串联连接的正极和负极不彼此连接并且各自形成电池模块的+/-极；c)启动所有连接的电池单元控制模块通过平衡总线进行的通信；c)识别所有电池单元监测模块；d)确定电池模块中的电池单元的布置；e)通过平衡总线交换所有电池单元的电荷状态；f)(例如)由具有最高传输电荷电压的电池单元监测模块接管控制；g)切换在各个情况下通过一个电池单元的正极和另一电池单元的负极串联连接到平衡总线的两个电池单元，单元中的一个是具有最高单元电压的单元，并且串联布置的第二单元具有串联布置的这两个相邻单元中相对较高的单元电压；h)对电能存储器进行充电；i)将电池单元从平衡总线断开；j)将具有最低电荷电压的电池单元的正极和负极切换到平衡总线；k)利用电能存储器的能量对电池单元进行充电；l)将电池单元从平衡总线断开；以及m)继续进行方法步骤e)。电子电池单元监测模块有利地被配置为多主系统，使得组件中的电池单元能够在没有外部初始化的情况下执行主动平衡。各个电池单元监测模块周期性地传输其电荷状态。它们被缓冲在各个电池单元监测模块中。然后，组件中具有最高电荷状态的电池单元监测模块可以负责下一平衡循环的控制。该循环包括确定两个相邻电池单元中具有较高电荷状态的一个。借助于控制命令来发起串联的两个电池单元到平衡总线的短暂切换，用于向能量存储模块充电放电。然后，另一控制命令将发起最弱电池单元的短暂切换，用于从能量存储模块移出电荷。这里，最弱电池单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于优选在车辆中使用的高压电池组的电池模块(10)，所述电池模块(10)包括多个电池单元(100)，所述多个电池单元(100)包括附接到所述电池单元(100)中的每一个的相应电子电池单元监测模块(110)，所述电池单元监测模块(110)通过包括至少两条电线(140、141)的平衡总线(130)彼此连接，以传输数据和电流，所述电子电池单元监测模块(110)电连接到所述电池单元(100)的正极(102)和负极(104)，所述电子电池单元监测模块(110)具有第一电开关(112)和第二电开关(114)，所述第一电开关(112)和所述第二电开关(114)被配置成将所述电池单元(110)电连接到所述平衡总线(130)的所述两条电线(140、141)中的相应一条，所述电池模块(10)包括用于存储电能的能量存储模块(170)，所述能量存储模块(170)电连接到所述平衡总线(130)的所述两条电线(140、141)，以通过它们吸收或输出能量，所述电子电池单元检测模块(110)和所述能量存储模块(170)通过所述平衡总线(130)彼此连接，以形成单元平衡系统。/n

【技术特征摘要】
20181126 EP 18208347.71.一种用于优选在车辆中使用的高压电池组的电池模块(10)，所述电池模块(10)包括多个电池单元(100)，所述多个电池单元(100)包括附接到所述电池单元(100)中的每一个的相应电子电池单元监测模块(110)，所述电池单元监测模块(110)通过包括至少两条电线(140、141)的平衡总线(130)彼此连接，以传输数据和电流，所述电子电池单元监测模块(110)电连接到所述电池单元(100)的正极(102)和负极(104)，所述电子电池单元监测模块(110)具有第一电开关(112)和第二电开关(114)，所述第一电开关(112)和所述第二电开关(114)被配置成将所述电池单元(110)电连接到所述平衡总线(130)的所述两条电线(140、141)中的相应一条，所述电池模块(10)包括用于存储电能的能量存储模块(170)，所述能量存储模块(170)电连接到所述平衡总线(130)的所述两条电线(140、141)，以通过它们吸收或输出能量，所述电子电池单元检测模块(110)和所述能量存储模块(170)通过所述平衡总线(130)彼此连接，以形成单元平衡系统。


2.根据权利要求1所述的电池模块(10)，其中，所述电子电池单元监测模块(110)中的每一个能够独立于其它电子电池单元监测模块(110)借助于所述第一电开关(112)将所述电池单元(100)的所述正极(102)连接到所述平衡总线(130)的所述电线中的一条电线(140)，并且借助于所述第二电开关(114)将所述电池单元(100)的所述负极(104)连接到所述平衡总线(130)的另一电线(141)。


3.根据权利要求1和权利要求2所述的电池模块(10)，其中，所述电子电池单元监测模块(110)中的每一个能够独立于其它电子电池单元检测模块(110)借助于所述第一电开关(112)将所述电池单元(100)的所述正极(102)连接到所述平衡总线(130)的所述电线中的一条电线(140)，并且另一电池单元监测模块(110)能够独立于其它电子电池单元监测模块(110)借助于所述第二电开关(114)将所述电池单元(100)的所述负极(104)连接到所述平衡总线(130)的另一电线(141)，这也能够根据所述电池单元的顺序以相反的顺序和极性进行。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池模块(10)，其中，所述电池单元监测模块(110)具有至少一个电数据端口(116)，所述电数据端口(116)电容性地连接到所述平衡总线(130)的所述电线(140、141)中的一条，通过在该电线(140、141)上进行调制将控制信号传输到所述数据端口。


5.根据权利要求1至3中任一项所述的电池模块(10)，其中，所述电池单元监测模块(110)具有至少一个光学数据端口(117)，并且其中，所述平衡总线(130)具有光学线路(118)，所述数据端口光学地连接到所述平衡总线(130)的所述光学线路，并且通过在对应光学线路上对光进行调制来传输控制信号。


6.根据权利要求1至3中任一项所述的电池模块(10)，其中，所述电池单元监测模块(110)具有被设计有两极的至少一个电数据端口(119)；并且其中，所述平衡总线(130)包括连接到该两极电数据端口的两条电数据线(120)，各电数据线连接到电数据端口并且通过在所述两条电数据线上进行调制来传输控制信号。


7.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块(10)，其中，所述电子电池单元监测模块(100)是可编程的，并且具有至少一个微处理器模块(200)，所述微处理器模块(200)包括存储器、输入/输出端口、温度测量装置和电压测量装置，所述电子电池单元监测模块(110)具有基本通信功能，用于借助于所述平衡总线(130)与其它电池单元监测模块(110)通信。


8.根据权利要求7所述的电池模块(10)，其中，所述电子电池单元监测模块(110)各自具有唯一的数值，例如，根据UUID标准的数值，在所述电池单元监测模块(110)中不可删除地实现该数值，并且能够经由所述平衡总线(130)调用该数值。

【专利技术属性】
技术研发人员：G·韦斯特，P·博伊默，
申请(专利权)人：APTIV技术有限公司，
类型：发明
国别省市：巴巴多斯;BB