[发明专利]电池系统

说明书

本发明涉及电池系统，其包括：电池(尤其是具有锂离子单元的电池)，过电流关断装置，其中至少一根保险丝和至少一个开关继电器串联电连接，并包括用于检测电池电流的至少一个电流传感器，其中该开关继电器有具有最大可切换电流的第一关断电流范围，且该保险丝有具有最小可切换电流的第二关断电流范围，其中第一电流范围的最大可切换电流和第二电流范围的最小可切换电流在工作电流范围的最大电流之上，且其中第二关断电流范围的可切换电流至少主要是大于第一关断电流范围的可切换电流。

仅通过断开主继电器来执行过流的关断是已知的。此外，保险丝常常安装在高电压通路中，以提供防止过流和在短路情况中的冗余保护。

例如从JP2008-193776A1知晓这样的电池系统。该电池系统包括通过保险丝串联连接的电池块。此外，该电池系统包括连接到电池的输出侧的继电器。在这个电池系统中，在过多电流流入驱动电池时保险丝将熔断并关断电池中的电流。此外，控制继电器的控制电路关断继电器以切断电流。电池系统的控制电路设置有用于检测电池电流的电流检测电路，其中基于所检测到的电流来控制电池的充电和放电。电流检测电路检测正常电池充电和放电范围内的电流，例如在汽车的电池系统中等于或低于200A。如果比这个更高的电流在电池中流动，特别是当反常的高电流在电池中流动时，继电器被切换到“关”以中断电池电流。

在系统故障的情况中，或者作为短路或者作为电池以外的功率电子器件错误或组件故障的结果，可能出现高于正常允许的或指定的电流范围的电流。在这样的电池组中使用的保险丝具有限制切断过流使用的不利特性。保险丝必须能够承受工作电流范围而不会老化且不会过早熔断。为了确保这一点，必须相应地设计保险丝元件。这导致了保险丝的最低关断电流限制(最小可切换电流)。不能使该保险丝在这个最低关断限制之下熔断。稍微低于这个最低阈值的电流可导致过热和周围部分的熔化达到火灾形成。

在另一方面，适用于上述类型的电池系统的继电器在电流的关断能力上有不利的特性。作为高电流关断的结果，触头可能被损坏到这样的程度：在恢复的情况下触头的电阻太差以致于在进一步工作期间继电器过热并因此可能发生整个系统性能上的明显下降。此外，触头材料在高电流范围关断期间因强电弧而分布在触头室中，导致了继电器的一个触头电极到另一个触头电极的绝缘电阻低于允许阈值。这导致了电压流出到电池外侧的可能性，尽管开关继电器是断开的。

还从DE102009053712A1知晓带有连接到电池的保险丝的电池系统，其保险丝在过大的电流的流动期间将熔断。继电器还被连接到电池的输出侧。通过电流中断电路，可检测过大的电池电流并可控制继电器。电流中断电路连接到确定继电器的跳闸延迟时间的计时器部分。因为计时器部分的延迟时间，保险丝的熔断电流将被设置到低于继电器的最大中断电流的水平并高于允许的最大电池充电和放电电流。在大于继电器的最大中断电流的过大电流流过电池的情况下，保险丝将在计时器延迟时间期间熔断，且当延迟时间期满时电流中断电路将继电器从“开”切换到“关”。在延迟时间期间保险丝将熔断，以在大到足以熔断继电器触头的电流时中断电流。在延迟期间不允许保险丝熔断的过大电流因此将是不允许继电器触头熔断的电流，这就是为什么继电器可以在延迟时间后跳闸的原因。

过大电流的水平没有被检测且继电器仅在延迟时间期满后才跳闸是不利的。尽管延迟时间仅0.3秒，周围部分的过热可在大于最大工作电流强度但仅略低于保险丝的跳闸电流强度的电流强度处发生，结果是不能排除本地热过载。

本发明的目的是以最简单的可能方式提供能够可靠地中断或关断电池电流而不导致组件热过载的电池系统。

根据本发明，这是通过这样的方式来实现的：第一和第二关断电流范围具有重叠范围，且至少一个电流传感器被配置来检测最高达第二关断电流范围的最小可切换电流(优选被配置来检测最高达第一关断电流范围的最大可切换电流)的电流。

优选地设置第二电流传感器被布置以检测仅在工作电流范围内的电流。

工作电流范围是这样的电流范围，其中可操作地发生正常充电和放电过程，而没有任何时间限制，没有热过载组件。然而，大于工作电流范围的充电和放电电流的电流在过流范围出现。过流范围因此从过流范围的最大允许电流延伸到短路电流。过流导致组件的热应力，尤其是当它们持续了延长了的时间段时。

重叠范围可至少是第一关断电流范围的5％，优选至少是第一关断电流范围的10％。