电池单元组的开关架构制造技术

电池系统包括多个电池单元组、多个第一开关、多个第二开关和控制系统，其中电池单元组布置成m层，这些层分别可连接到电池系统的输出接头并且可并联以设置电池系统的最大可能的电流输出，并且可串联以设置电池系统的电压电平。控制系统被设置为指定第一开关和/或第二开关的相应闭合或断开从而选择性地将电池单元组连接到输出接头和/或并联和/或串联到至少一个另外的电池单元组，其中相应外层的电池单元组组合成第一组或第二组，并且内层的电池单元组分别划分到第一组和第二组。以这种方式，提供了一种结构简单的电池系统，利用该电池系统，无论电池的荷电状态如何都可以最小化电压散射，并且提供电压源中的可独立切换的冗余以确保功能安全。余以确保功能安全。余以确保功能安全。

【技术实现步骤摘要】
电池单元组的开关架构


[0001]本专利技术涉及一种包括多个电池单元组、多个第一开关、多个第二开 关和控制系统的电池系统，其中，电池单元组布置成m层，每层在每种 情况下可以连接到电池系统的输出接头，可以并联以设置电池系统的最 大可能输出电流，并且可以串联以设置电池系统的电压水平，其中控制 系统被设计和设置用于指定第一开关和/或第二开关的相应闭合或断开， 以便由此选择性地将电池单元组连接到输出接头和/或并联和/或串联到 至少一个其他的电池单元组。

技术介绍

[0002]用于混合动力和电动车辆的电池由许多电池单元组成，这些电池单 元串联和并联排列和连接，以达到所需的电压和电容。无论使用何种化 学物质(锂离子、铅酸或镍金属氢化物)，均使用该原理。这种安排的原 因是，使用当前可用的电池技术(取决于所使用的化学物质)，电池单元 只能提供一定的电压(例如，LiCoO2为3.6V，LiFePO4为3.3V)。这种没 有多个电池单元的串联电路而由单个电池单元提供的电压太小而不能用 于高功率应用。然而，例如锂离子电池单元的电压取决于其荷电状态 (SOC)。此外，对于混合动力和电动车辆中使用的电池的功能安全，尤 其是“线控”系统，电压源的冗余一直是一项要求。
[0003]由DE 10 2011 077 708A1已知一种电池系统和一种用于特别是在用 于电动车辆的牵引电池中提供中间电压的方法。该电池系统具有电池模 块，该电池模块包括第一高压接头、第二高压接头和串联在第一高压接 头和第二高压接头之间的多个电池单元模块。电池系统另外具有开关矩 阵，其包括：多个开关轨，每个开关轨连接到串联的相应电池单元模块 对之间的节点之一；多个第一开关装置，其设计用于分别将转向轨道中 的一个连接到开关矩阵的第一低压接头；以及多个第二开关装置，它们 被设计为分别将转向轨道中的一个连接到开关矩阵的第二低压接头。在 这种情况下，根据第一和第二开关装置的开关状态，所有串联的电池模 块的第一和电压被施加在第一和第二高压接头之间，并且其中一些串联 的电池模块的第二和电压被施加在第一和第二低压接头之间。

技术实现思路

[0004]基于该现有技术，本专利技术的目的是提供一种结构简单的电池系统， 利用该系统，无论电池的荷电状态如何，都可以最小化电压散射，以及 在电压源中提供可独立切换的冗余，用于确保功能安全，例如在安全攸 关的电气系统(例如“线控驱动”)的能源供应出现故障时。
[0005]该目的通过具有权利要求1的特征的电池系统来实现。本专利技术的有 利配置在从属权利要求以及随后的描述中详细说明。
[0006]根据本专利技术，一种电池系统包括多个电池单元组、多个第一开关、 多个第二开关和控制系统，其中电池单元组布置成m层，每层可以分别 连接到电池系统的输出接头并且可以并联以设置电池系统的最大可能电 流输出，并且可以串联以设置电池系统的电压水
平，其中控制系统被设 计和设置为指定第一开关和/或第二开关的相应闭合或断开，以便由此选 择性地将电池单元组连接到输出接头和/或并联和/或串联到至少一个另 外的电池单元组，相应外层(n＝0，n＝m)的电池单元组组合成第一组或 第二组。内层(n＝1至n＝m
‑
1)的电池单元组分别划分为第一组和第二组， 其中每个第一组和每个第二组包括一个或多个电池单元组，并且所有电 池单元组的特定层总和在所有m层中相同。第二开关分别布置在两个相 邻层n和n+1的组之间，使得在每种情况下，第n层的第一组可以通过 所述开关与第n+1层的第二组串联，并且第一开关布置在内层n的组之 间，使得在每种情况下，第n层的第一组可以通过所述开关与第n层的 第二组串联。
[0007]换言之，电池单元组被分成可以串联和/或并联的组。借助第一开关， 第一组可以分别与电池系统的输出接头连接，并且该组所在的相应层可 以与电池系统的其他层并联。另外，在内层的情况下，第n层的第一组 可以通过第一开关与同一层n的第二组串联。
[0008]通过第二开关，第n层的第一组可以连接到第n+1层的第二组，这 些组可以连接到电池系统的输出接头，也可以并联到电池系统的其他层 或串联的其他组，例如连接到第n+1层的第一组和第n+2层的第二组。
[0009]第一开关和第二开关通过控制系统断开或闭合，其中每个开关通过 信号接头连接到控制系统。
[0010]当然，也可以设想一个组可以单独连接到电池系统的输出接头和/或 可以并联到电池系统的其他层或串联的组。
[0011]在本专利技术的范围内，电池单元组分别包括多个电池单元，优选组合 在一个结构单元中。
[0012]根据本专利技术的电池系统使得提供电压稳定成为可能，特别是与电池 的荷电状态或放电率或环境的影响无关。换言之，因此可以在第一高荷 电状态的情况下串联较少数量的电池单元组，并且在与第一荷电状态相 比较低的荷电状态的情况下串联更多数量的电池单元组，以补偿各个电 池单元组的劣化电压水平。在这种情况下，由于形成组，与已知的现有 技术相比，可以减少开关的数量。
[0013]此外，有缺陷的电池单元组和/或有缺陷的组可以与完好无损的电池 单元组和/或完好无损的组分开和隔离。这增加了电池系统的安全性。
[0014]特别有利的是，在内层的情况下，在从一个外层到另一个外层的方 向上，第n层的第一组中的电池单元组的数量与同一个第n层的第二组 的电池单元组的数量之间的比率逐层变化。
[0015]换句话说，第n层的第一组的电池单元组的数量在从一个外层到另 一外层的方向上，减少的程度与第n层的第二组的电池单元组的数量增 加的程度相同。当然，第n层的第二组的电池单元组的数量，在从一个 外层到另一外层的方向上，减少的程度也可以与第n层的第一组的电池 单元组的数量增加的程度相同。
[0016]第一外层(n＝0)的第一组的电池单元组的数量优选与最外层(n＝m) 的第二组的电池单元组的数量相同或第一外层(n＝0)的第二组的电池单 元组的数量优选与最外层(n＝m)的第一组的电池单元组的数量相同。
[0017]在第一实施例中，比率的变化呈线性分布，具有恒定斜率。
[0018]因此，第一组的电池单元组的数量与第二组的电池单元组的数量之 间的比率逐
层以线性方式变化。在层数恒定的情况下，线性分布的斜率 是恒定的，与斜率的大小无关。换句话说，斜率可以很大，使得第二层 中第一组的电池单元组的数量与第二组的电池单元组的数量之间的比率 为1比10，并且例如在倒数第二层中第一组的电池单元组的数量和第二 组的电池单元组的数量之间的比率为10比1。但是，斜率也可以很小， 因此在层数相同的情况下，如前面的示例，例如第二层中的比率为1比2， 则倒数第二层中的比率为2比1。
[0019]在另一实施例中，比率的变化呈线性和扭结分布，具有不同斜率。
[0020]例如，比率变化的分布被分成两个部分。第二部分的斜率比第一部 分的斜率大，反之亦然。
[0021]可以有利地提供，比率的变化呈间断的线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池系统(1)，包括多个电池单元组(5)、多个第一开关(A1…
A
m
)、多个第二开关(B1…
B
m
‑1)和控制系统(10)，其中所述电池单元组(5)布置成m层，这些层能够分别连接到所述电池系统(1)的输出接头(3)并且能够并联以便将所述电池系统(1)设置为最大可能的电流输出，并且能够串联以便设置所述电池系统(1)的电压电平，其中所述控制系统(10)被设计和设置为指定所述第一开关(A1…
A
m
)和/或第二开关(B1…
B
m
‑1)的相应闭合或断开，从而选择性地将电池单元组(5)连接到所述输出接头(3)和/或并联和/或串联到至少一个另外的电池单元组(5)，其特征在于，相应外层(n＝0，n＝m)的电池单元组(5)组合成第一组(a
n
)或第二组(b
n
)，并且内层(n＝1至n＝m
‑
1)的电池单元组(5)分别划分到所述第一组(a
n
)和所述第二组(b
n
)，其中每个第一组(a
n
)和每个第二组(b
n
)包括一个或多个电池单元组(5)和所有电池单元组(5)的层特定总和在所有m层中相同，并且所述第二开关(B1…
B
m
‑1)布置在两个相邻层n和n+1的组之间，使得在每种情况下，第n层的第一组(a
n
)能够通过所述开关与第n+1层的第二组(b
n+1
)串联，并且所述第一开关(A1…
A
m
)布置在内层n的...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：