(57)【要約】本発明は、充電及び分離装置を介してバッテリの極と接続可能な複数のバッテリセル（１１）を備えるバッテリのための安全構想に関し、さらに、バッテリセル（１１）と並列に接続可能であり好適にバッテリ管理部（２７）により作動又は停止される放電回路（２４）が存在する。放電回路（２４）は、少なくとも１つの切り替え可能なバルブ（２５）と、放電抵抗器（２６）と、を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバッテリセルを含むバッテリのための安全装置であって、前記バッテリセルは、充電及び分離装置を介して前記バッテリの極と接続可能である前記安全装置において、前記バッテリセル（１１）に対して並列に接続可能な放電回路（２４）が存在することを特徴とする、バッテリのための安全装置。
【請求項２】
前記バッテリは、トラクションバッテリであることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリのための安全装置。
【請求項３】
前記放電回路（２４）は、少なくとも１つの放電抵抗器（２６）と、作動及び停止可能な電子バルブ（２５）と、を備えることを特徴とする、請求項１〜２のいずれか１項に記載の安全装置。
【請求項４】
前記電子バルブ（２５）は、半導体スイッチ又は電気機械的スイッチを含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリのための安全装置。
【請求項５】
前記放電回路（２４）は、バッテリ管理部（２７）によって作動可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の安全装置。
【請求項６】
前記放電回路（２４）に加えて、バッテリ端子に接続可能なインバータが存在し、前記インバータは、前記バッテリ管理部（２７）と接続しており、及び、前記バッテリ管理部（２７）によって、前記バッテリの放電に寄与するよう起動可能であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の安全装置。
【請求項７】
前記バッテリセルの充電状態を平衡化するための電子デバイスが存在し、前記電子デバイスは、平衡用抵抗器を有し、及び、前記バッテリ管理部（２７）と接続しており、及び、前記バッテリ管理部（２７）によって起動され、前記平衡用抵抗器は、前記バッテリセル（１１）の放電のために役立つことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の安全装置。
【請求項８】
複数のバッテリセルを含むバッテリの放電方法であって、前記バッテリは充電及び分離装置を介して前記バッテリの極と接続可能である前記放電方法において、バッテリ管理部（２７）が、少なくとも１つのバッテリ極からのバッテリセル（１１）の分離を検出する限りにおいて、前記バッテリ管理部（２７）によって放電回路（２４）を前記バッテリセル（１１）と並列に接続する安全装置が存在することを特徴とする、バッテリの放電方法。
【請求項９】
前記バッテリ管理部は、前記放電回路（２４）へと、当該放電回路（２４）を前記バッテリセル（１１）と並列に接続させる起動信号を与えることを特徴とする、請求項８に記載のバッテリの放電方法。
【請求項１０】
前記バッテリセルの放電は、２つの前記バッテリの極からの、前記バッテリセル（１１）の二極での分離後に行われることを特徴とする、請求項８又は９に記載のバッテリの放電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ、特にハイブリッド車両又は電気自動車内のトラクションバッテリのための、対応する装置及び付属する方法を含む安全構想に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両又は電気自動車内で使用するために設けられるバッテリは、電気的駆動の電力供給のために使用されるため、トラクションバッテリと呼ばれる。ハイブリッド車両又は電気自動車で必要とされる電力データ又はエネルギーデータを獲得するために、個々のバッテリセルは直列に接続され、さらに部分的に並列に接続される。電気自動車の場合には、例えば、１００個以上のセルが直列に接続され、従って、バッテリの総電圧が３４０Ｖにもなりうる。ハイブリッド車両で使用されるバッテリも通常は、人間が触っても問題ないとして格付けされた６０Ｖを超える。
【０００３】
従来技術によるバッテリシステムの概略的な回路図が図１に示されている。このようなバッテリシステムは、例えば、独国特許出願公開第１０２０１００２７８５０号明細書に、詳細なブロック図で記載されている。
【０００４】
詳細には、図１は、割り当てられた電子デバイスが組み込まれたバッテリ１０を示している。各適用のために望まれる高い出力電圧を実現するために、複数のバッテリセル１１が直列に接続されている。任意に、バッテリセルは、高いバッテリ容量を実現するために、追加的に並列に接続されてもよい。
【０００５】
バッテリセル１１の直列回路のプラス極とバッテリの正端子１２との間には、充電及び分離装置１４が接続されている。さらに、バッテリセル１１の直列回路のマイナス極とバッテリの負端子１３との間には分離装置１５が接続されている。充電及び分離装置１４と分離装置１５とはそれぞれ、分離スイッチとして接触器１６又は１７を含む。これら接触器は、バッテリセル１１をバッテリ端子１２、１３から分離するために設けられ、従って、このようにして、バッテリ端子１２、１３は必要な場合には電源が断たれた状態で接続される。接触器の場所には、この適用のために適した他の切り替え手段を使用することも可能である。
【０００６】
充電及び分離装置１４内にはさらに、充電接触器１８が存在する。充電抵抗器１９が、充電接触器１８と直列に存在している。その際に充電抵抗器１９は、バッテリが直流電圧中間回路に接続される場合には、通常バッテリ供給される駆動システムの直列電圧中間回路に接続されたバッファコンデンサのための充電電流を制限する。図１に示される、プラス線上の充電及び分離装置とマイナス線上の分離装置との構成によって、予め設定可能な事象の際に、単極で、又は二極でバッテリを作動又は停止させることが可能となる。このために、図示されない制御装置が、接触器を作動させる適切な信号を与える。
【０００７】
充電抵抗器１９によって、バッテリを接続した際の均等化電流も制限されうる。接続過程においては、充電及び分離装置１４内で、分離スイッチ１６が解放された状態で、最初に充電スイッチ１８が閉鎖され、追加的に、望まれる場合には、バッテリシステムのマイナス極の分離装置内の分離スイッチ１７が閉鎖される。その後、充電抵抗器１９を介して、外部で接続されたシステムの入力キャパシタが充電される。バッテリシステムのプラス極とマイナス極との間の電圧が、バッテリセルの総電圧とほんの僅かしか異ならない場合には、充電過程が、充電及び分離装置１４内の分離スイッチの閉鎖によって終了する。その後、バッテリシステムは、低インピーダンスで外部のシステムへと接続され、その規定された出力データによって駆動されうる。全体として、バッテリシステムの接続時に外部システムとバッテリシステムとの間に発生する均等化電流が、許容可能な値へと制限されうる。
【０００８】
図２には、例えば、独国特許出願公開第１０２０１００２７８６４．５号明細書で公知の、電気自動車又はハイブリッド車両のための電気的駆動システムが、概略的な回路図として示されている。その際に、バッテリ２０は、コンデンサ２１により蓄電される直流電圧中間回路に接続されている。直流電圧中間回路には、パルスインバータ２２が接続されており、このパルスインバータ２２は、３つの出力口でそれぞれ２つの切り替え可能な半導体バルブ２２ａ、２２ｂ及び２つのダイオード２２ｃ及び２２ｄを介して、電気的駆動モータ２３、例えば誘導機の駆動のための互いに位相がずれた正弦波電圧を提供する。コンデンサ２１の容量は、切り替え可能な半導体バルブのうちの１つが接続される期間の間、直流電圧中間回路内の電圧を安定させるために十分な大きさを有する必要がある。
【０００９】
独国特許出願公開第１０２０１００２７８６４．５号明細書で公知の電気的駆動システムは、図１で示されたバッテリ１０と同様に直列接続された複数のバッテリセルを有するバッテリ２０を備える。このバッテリセルの直列回路とバッテリ２０のプラス端子との間には、プラス線上に充電及び分離装置が存在し、バッテリセルの直列回路とバッテリ２０のマイナス端子との間には、マイナス線上に分離装置が存在する。これら分離装置を介して、図１のバッテリ１０の場合のように、バッテリのプラス極及び／又はバッテリのマイナス極は、事故の場合又は故障の際に、接続可能な充電装置が正しく動作しない際には、バッテリセルから分離され、このようにして、通電していない状態で接続されうる。特に、バッテリを安全な状態へと移行させるために、トラクション電気系統からの、バッテリの二極での分離が提案される。その際、バッテリセルに蓄えられた電荷は、引き続き蓄えられたまま保たれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
引き続き充電されたままのバッテリセルからは、当該バッテリセルの分離後にも、特定の影響によって短絡が引き起こされる限りにおいて、想定可能な反応が起こる可能性がある。このことは、比較的長い時間が経過した後にも未だに起こりうる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の利点は、バッテリ、特にトラクションバッテリのための安全構想では、バッテリ又は個々のバッテリセルが、外部からの作用又は影響が危険な状況を招くことのない非クリティカルな状態に置かれるということにある。
【００１２】
この利点は、バッテリセルを、外部の接続部からの分離後に、特に車両のトラクション電気系統からの分離後に、放電のための手段を介した放電によって安全な状態へと移行させることで獲得される。
【００１３】
本発明の利点を実現するために、システム、特に、従来技術によるバッテリに、図３で示される追加的な放電回路が補充される。この追加的な放電回路の起動は、特に有利に、対応する起動信号を発するバッテリ管理システムを用いて行われる。その際にバッテリ管理システムは、有利に、少なくとも１つのプロセッサ及び対応するハードウェアを備え、必要な起動信号を発し、切り替え手段又は接触器を作動させる。
【００１４】
特に有利に、バッテリセルの本発明に係る放電は、当該バッテリセルの分離の直後に、特にバッテリセルの二極での分離後に開始される。このために、更なる別の有利な解決策では、対応する回生抵抗器を備えた半導体スイッチ又は電磁的スイッチとして実現される、いわゆる回生器が作動される。回生抵抗器内では、バッテリセルから取り出され無効化される電気エネルギーが、熱エネルギーに変換される。バッテリセルの本発明に係る放電は有利に、例えば、バッテリ電圧からモータの電力供給のために必要な交流電圧を生成するインバータのような、本発明に係るバッテリにより電力供給されるトラクション駆動部の他の構成要素がもはや動作不能の場合にも機能する。
【００１５】
本発明の拡張において、さらに、例えばインバータも取り入れた追加的な措置が構想されてもよい。その際に、有利に、バッテリ内部の回生器を介したバッテリセルの放電が、充電抵抗器、充電スイッチ、及びインバータの電力スイッチを介した放電と平行して行われうる。この電力スイッチは、有利に、インバータの半導体バルブ及びダイオードである。
【００１６】
更なる別の利点が、バッテリセルの充電状態を平衡化するための追加的な電子デバイスを介したバッテリ及びバッテリセルの放電を行うという可能性によって提供される。このような、いわゆるセルバランシングを行う構成の場合、既存のオーム抵抗器が、有利にセルの放電のために利用され、又は追加的に援用される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来技術によるバッテリシステムの概略的な回路図である。
【図２】従来技術によるバッテリシステムの概略的な回路図である。
【図３】本発明の一実施例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図３には、本発明の一実施例が示されている。図３に示される構成要素は、図１及び図２で詳細に記載された構成要素に対応し、同じ符号を有している。追加的に、バッテリセル１１の直列回路に対して並列に放電回路２４が存在する。放電回路２４は、本実施例ではバッテリ１０内に配置されているが、バッテリ１０の外に配置することも可能であろう。例えば回生器として機能する放電回路は、作動及び停止可能な電子バルブ２５と、当該電子バルブ２５と直列に接続された抵抗器２６と、を有する。電子バルブ２４は、例えば、詳細には示されないバッテリ管理システム２７によって起動されてもよい。その際に、バッテリ管理システム２７は、分離後に、特に二極での分離直後にバッテリセル１１の放電を開始する。このために、バッテリ管理部は、バッテリセルの分離を検出し次第、放電回路へと起動信号を与える。
【００１９】
これに加えて、放電回路２４の電子バルブ２５が対応して起動され、従って、いわゆる回生器として機能する。最も簡素な場合、電子バルブ２５は、半導体スイッチ又は電気機械的スイッチである。バッテリセルから取り出される電気エネルギーがそこで熱エネルギーに変換される回生抵抗器によって、放電回路２４が完全なものとなる。
【００２０】
その際に、回生抵抗器と、作動及び停止可能な電気バルブ又は電子機械バルブ２５と、は、バッテリセル１１が満充電状態から始めて予め定められた時間内に完全に放電させられるよう構成される。例えば、２４ｋＷ／ｈのエネルギー含有量を有する電気自動車のバッテリが、２４時間以内に放電される場合に、回生器は１ｋＷの連続出力のために設計される必要がある。
【００２１】
図３に示される構想は、トラクション駆動部の他の構成要素、例えばインバータがもはや機能しえない場合にも機能する。このようなトラクション駆動部が図２に示されており、その際に、インバータは例えばパルスインバータとして構成される。パルスインバータは、本発明によれば、バッテリセルのための放電構想に取り入れることも可能である。
【００２２】
図３に示される構想の拡張において、例えば、インバータも取り入れた措置をさらに構想してもよい。その際に、バッテリ内部の回生器２４を介したバッテリセル１１の放電は、充電抵抗器２６及び充電スイッチ２５、並びに、インバータ２２の電力スイッチを介した放電と平行して行われうる。
【００２３】
更なる別の選択肢として、バッテリセル１１の充電状態を平衡化するための必要な電子デバイスを介したバッテリ及びバッテリセル１１の放電が追加的に行われてもよい。所謂セルバランシングを実行するこのような構成では、既存のオーム抵抗器がセルの放電のために利用され、又は追加的に取り入れられる。バッテリ管理システム２７による、放電回路２４の作動及び停止可能な電子バルブの起動は、バッテリセル１１の単極又は二極での分離後に、バッテリ管理システム２７が、予め設定された特定の基準を用いてこのような要求を検出する限りにおいて行われる。
【図１】
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【図２】
2015528267.tif 000004
【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年12月19日(2014.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバッテリセルを含むバッテリのための安全装置であって、前記バッテリセルは、充電及び分離装置を介して前記バッテリの極と接続可能である前記安全装置において、前記バッテリセル（１１）に対して並列に接続可能な放電回路（２４）が存在することを特徴とする、バッテリのための安全装置。
【請求項２】
前記バッテリは、トラクションバッテリであることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリのための安全装置。
【請求項３】
前記放電回路（２４）は、少なくとも１つの放電抵抗器（２６）と、作動及び停止可能な電子バルブ（２５）と、を備えることを特徴とする、請求項１〜２のいずれか１項に記載のバッテリのための安全装置。
【請求項４】
前記電子バルブ（２５）は、半導体スイッチ又は電気機械的スイッチを含むことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリのための安全装置。
【請求項５】
前記放電回路（２４）は、バッテリ管理部（２７）によって作動可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバッテリのための安全装置。
【請求項６】
前記放電回路（２４）に加えて、バッテリ端子に接続可能なインバータが存在し、前記インバータは、前記バッテリ管理部（２７）と接続しており、及び、前記バッテリ管理部（２７）によって、前記バッテリの放電に寄与するよう起動可能であることを特徴とする、請求項５に記載のバッテリのための安全装置。
【請求項７】
前記バッテリセルの充電状態を平衡化するための電子デバイスが存在し、前記電子デバイスは、平衡用抵抗器を有し、及び、前記バッテリ管理部（２７）と接続しており、及び、前記バッテリ管理部（２７）によって起動され、前記平衡用抵抗器は、前記バッテリセル（１１）の放電のために役立つことを特徴とする、請求項５または６に記載のバッテリのための安全装置。
【請求項８】
複数のバッテリセルを含むバッテリの放電方法であって、前記バッテリは充電及び分離装置を介して前記バッテリの極と接続可能である前記放電方法において、バッテリ管理部（２７）が、少なくとも１つのバッテリ極からのバッテリセル（１１）の分離を検出する限りにおいて、前記バッテリ管理部（２７）によって放電回路（２４）を前記バッテリセル（１１）と並列に接続する安全装置が存在することを特徴とする、バッテリの放電方法。
【請求項９】
前記バッテリ管理部は、前記放電回路（２４）へと、当該放電回路（２４）を前記バッテリセル（１１）と並列に接続させる起動信号を与えることを特徴とする、請求項８に記載のバッテリの放電方法。
【請求項１０】
前記バッテリセルの放電は、２つの前記バッテリの極からの、前記バッテリセル（１１）の二極での分離後に行われることを特徴とする、請求項８又は９に記載のバッテリの放電方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図３には、本発明の一実施例が示されている。図３に示される構成要素は、図１及び図２で詳細に記載された構成要素に対応し、同じ符号を有している。追加的に、バッテリセル１１の直列回路に対して並列に放電回路２４が存在する。放電回路２４は、本実施例ではバッテリ１０内に配置されているが、バッテリ１０の外に配置することも可能であろう。例えば回生器として機能する放電回路は、作動及び停止可能な電子バルブ２５と、当該電子バルブ２５と直列に接続された抵抗器２６と、を有する。電子バルブ２５は、例えば、詳細には示されないバッテリ管理システム２７によって起動されてもよい。その際に、バッテリ管理システム２７は、分離後に、特に二極での分離直後にバッテリセル１１の放電を開始する。このために、バッテリ管理部は、バッテリセルの分離を検出し次第、放電回路へと起動信号を与える。
【国際調査報告】
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