具有多个并联能量存储支路的经由二极管与电流检测装置导电连接的横向连接的电能量存储系统以及用于探测线路故障的方法与流程

本发明以根据独立专利权利要求的前序部分所述的电能量存储系统、用于探测线路故障的方法、设备以及电能量存储系统的应用为出发点。

背景技术：

现今，尤其在汽车车辆制造业领域中，大多借助多个单独的电能量存储单元的串联连接来构建电能量存储系统。必要时，为了例如提高作用范围或功率，执行多个单独的电池的并联连接。基于对电能量存储系统的安全性的要求，单独地关于特定的物理参量、例如电流和电压来监控串联连接中的各个电能量存储单元。如果现在执行多个支路的并联连接，也即多个单独的电能量存储单元的多个串联连接的并联连接，则也可以保证各个电池的可靠的并且满足安全性要求的监控。

在出版物de102011115550a1中描述一种锂离子电池组，所述锂离子电池组具有多个布置在并联支路中的电池，所述锂离子电池组具有过电流保护装置，其中，所述过电流保护装置具有多个电子开关，所述多个电子开关安装在横向于并联支路地伸展的横向连接中。

在出版物fr3013902中描述一种设备，所述设备包括电池组，其中，在电池组电池的横向连接中安装有功率开关。

技术实现要素：

发明优点

提供具有独立专利权利要求的特征性特征的电能量存储系统、用于探测线路故障的方法、设备以及电能量存储系统的应用，其中所述电能量存储系统包括至少两个以并联连接方式接线的支路，其中所述支路分别具有至少两个以串联连接方式接线的电能量存储单元。

在此，在电能量存储系统中，在以并联连接方式接线的支路中的处于相同的第一电位上的电能量存储单元之间的至少一个第一导电横向连接经由至少一个二极管与用于检测电流的装置以及可控制的电能量源导电连接，其中，所述二极管不安装到所述第一导电横向连接中。由此，可以鉴于不同的故障情况、例如第一导电横向连接中的断裂来监控第一导电横向连接。这是有利的，因为通过第一导电横向连接，在不进行经由第一横向连接导电连接的能量存储单元的单电池监控的情况下也满足对安全性的要求，因此第一导电横向连接的正确功能对于电能量存储系统的安全性是非常重要的。

本发明的其他有利实施方式是从属权利要求的主题。

适宜地，所述至少一个第一导电横向连接与在以并联连接方式接线的支路中的处于相同的第二电位上的电能量存储单元之间的至少一个第二导电横向连接经由至少一个二极管导电连接，其中所述第一电位和所述第二电位是不同的。通过经由二极管的电连接，可以以简单的方式鉴于可能的线路故障来监控两个横向连接。这必要时可以以相同的方式对于其他导电横向连接被继续进行。

适宜地，所述至少一个第二导电横向连接与所述至少一个第一导电横向连接相比关于所定义的基准电位处于更高的电位上。在此，至少一个二极管在导通方向上安装在所述至少一个第一导电横向连接和所述至少一个第二导电横向连接之间。因此，从第一导电横向连接到第二导电横向连接的通过电流是可能的，而不发生短路并且因此不发生电能量存储单元的非故意的放电。

适宜地，所述二极管和与用于检测电流的装置的导电连接位于所述第二导电横向连接的不同端部处。因此，由于至用于检测电流的装置的电路径总是包括两个导电横向连接在内，所以尤其确保，不仅可以监控第一横向连接而且可以监控第二横向连接。

适宜地，可控制的电能量源是电流源。因此，通过产生例如在0ma至20ma的范围内、优选在0ma至10ma的范围内的小的电流，例如鉴于线路故障、尤其是鉴于线路断裂来监控导电横向连接。通过使用电流源来减小电磁辐射的不期望的影响。

有利地，电能量存储单元可以尤其被理解为电化学电池组电池和/或具有至少一个电化学电池组电池的电池组模块和/或具有至少一个电池组模块的电池包。例如，电能量存储单元可以是基于锂的电池组电池或基于锂的电池组模块或基于锂的电池包。尤其，电能量存储单元可以是锂离子电池组电池或锂离子电池组模块或锂离子电池包。此外，电池组电池可以是锂聚合物蓄电池、镍金属氢化物蓄电池、铅酸蓄电池、锂空气蓄电池或锂硫蓄电池或者完全一般性地是任意电化学组分的蓄电池类型的。

此外，用于探测根据本发明的电能量存储系统中的线路故障的方法是本公开内容的主题，其中，借助用于检测电流的装置检测至少一个第一电流信号变化过程，将所检测的至少一个第一电流信号变化过程与通过可控制的电能量源预给定的第二电流信号变化过程进行比较，并且在超出预先定义的信号偏差阈值的情况下产生关于所述电能量存储系统中的线路故障的探测的信号。通过分析处理电流信号变化过程，除了简单的线路断裂探测之外，能够实现继续的诊断可能性。例如，通过与适当的信号偏差阈值进行比较，潜在故障已经能够在所述潜在故障的实际出现之前被探测。在此，例如可以由第一电流信号变化过程中的极点、例如高点、低点或拐点的移位或者也通过在第一电流信号变化过程和由能量源预给定的第二电流信号变化过程之间的在一个或多个周期上求积分的差来计算信号偏差阈值。因为第二电流信号变化过程被假定为已知的并且因此可以简单地、例如在计算单元中“在内部”被使用，所以在此不需要利用用于检测电流的装置来检测所述第二电流信号变化过程。

适宜地，在所述方法中如此操控所述可控制的电能量源，使得所述可控制的电能量源产生第二脉冲式电流信号变化过程。由此，尤其可以良好地识别电流信号变化过程中的变化。

适宜地，在至少一个预先定义的时间间隔内执行所述方法。所述预先定义的时间间隔在此可以是电流信号的周期持续时间的整数倍。因此，可以简单地识别电流信号变化过程中的极点的位置的变化并且不必要连续地、也即在无限循环中执行所述方法。因此，可以以相对低的计算时间要求和存储要求执行所述方法。

此外，设备是本公开内容的主题，所述设备包括根据本发明的电能量存储系统和电子控制单元，所述电子控制单元被设立用于执行根据本发明的方法的所有步骤。因此，不仅可以实现根据本发明的方法或者其在电子控制单元中的实施的优点而且可以实现根据本发明的电能量存储系统的优点。该组合实现系统优点，即可以将所述方法应用到由用于检测电流的装置检测的电流信号变化过程上并且由此可以在根据本发明的电能量存储系统中探测线路故障。

此外，根据本发明的电能量存储系统在电驱动车辆和静止的电能量存储单元以及电运行的手持式工具中的使用是本公开内容的主题。根据本发明的电能量存储系统因此可以灵活地被使用并且不固定到特定的应用领域上。因此，可以将上面提到的优点转用到所说明的使用领域上。

附图说明

在图中示出并且在下面的描述中进一步阐述本发明的有利实施方式。

图1示出根据第一实施方式的根据本发明的电能量存储系统的示意图；

图2示出根据第二实施方式的根据本发明的电能量存储系统的示意图；

图3示出根据第三实施方式的根据本发明的电能量存储系统的示意图；

图4示出根据一种实施方式的根据本发明的方法的流程图；

图5示出根据第一实施方式的在根据本发明的方法内使用的电流信号变化过程的示意图；以及

图6示出根据第二实施方式的在根据本发明的方法内使用的电流信号变化过程的示意图。

具体实施方式

相同的附图标记在所有图中表示相同的设备部件或相同的方法步骤。

图1示出根据第一实施方式的根据本发明的电能量存储系统1的示意图。电能量存储系统1在此包括两个以并联连接方式接线的支路str1、str2，其中所述支路str1、str2分别具有两个以串联连接方式接线的电能量存储单元15。在以并联连接方式接线的支路str1、str2中的处于相同的第一电位上的电能量存储单元15之间的第一导电横向连接11经由二极管12与电流传感器13、例如霍尔传感器或基于分流的电流传感器以及电能量源14导电连接。

图2示出根据第二实施方式的根据本发明的电能量存储系统1的示意图。电能量存储系统1在此包括两个以并联连接方式接线的支路str1、str2，其中所述支路str1、str2分别被补充有一个电能量存储单元15并且因此具有三个以串联连接方式接线的电能量存储单元15。在处于相同的第一电位上的能量存储单元15之间存在第一导电横向连接11。第一导电横向连接11与第二导电横向连接21经由二极管12导电连接，所述第二导电横向连接连接处于第二电位上的电能量存储单元15。第二导电横向连接21与电流传感器13和电能量源14连接。二极管12和与电流传感器13的导电连接在此位于第二导电横向连接21的不同端部处。

图3示出根据第三实施方式的根据本发明的电能量存储系统1的示意图。在此，电能量存储系统1具有三个并联连接的支路str1、str2、str3。支路str1、str2、str3的示图中的虚线在此表明：在图1中和图2中示出的原理原则上可以扩展到具有更多或更少任意数目的电能量存储单元15的支路上。导电横向连接11、21、31连接处于相同的电位上的电能量存储单元15。电阻元件32安装到导电横向连接11、21、31中，以便限制在电能量存储单元15之间的潜在地流动的平衡电流。

图4示出根据一种实施方式的根据本发明的方法的流程图。在第一步骤sl中，借助电流传感器13检测回路内的电流信号变化过程，所述回路通过部件导电横向连接11、二极管12、电流传感器13、电能量源14和至导电横向连接11的相应的导电反向连接（rückverbindung）构成。在第二步骤s2中，将所检测的电流信号变化过程与通过能量源14预给定的电流信号变化过程进行比较。只要在上面描述的回路中不存在故障，则这些电流信号变化过程就将非常地相似。在第三步骤s3中，必要时接着在超出预先定义的信号偏差阈值的情况下，产生关于电能量存储系统1中的或者上面描述的回路中的线路故障的探测的信号。因此，可以例如使电能量存储系统1的用户注意电能量存储系统1中的故障。

图5示出根据第一实施方式的在根据本发明的方法内使用的电流信号变化过程sig1、sig2的示意图。第一电流信号变化过程sig1示出通过电流传感器13检测的电流信号变化过程。第二电流信号变化过程sig2在此示出通过电能量源14预给定的电流信号变化过程，该电流信号变化过程是已知的，例如因为该电流信号变化过程通过在电子控制单元上的适当编程被预给定。两个电流信号变化过程在第一电流值i1和第二电流值i2之间脉冲式地伸展。在确定电流信号周期的开始的第一时刻tl与确定电流信号周期的结束的第二时刻t2之间的时间差δtl2表示第二电流信号的周期持续时间。借助第一电流信号变化过程sig1和第二电流信号变化过程sig2的差的数值在第二电流信号的周期持续时间上的积分可以计算信号偏差值，其中将所述信号偏差值与预先定义的信号偏差阈值进行比较，其中，在超出预先定义的信号偏差阈值的情况下产生关于线路故障的探测的信号。

图6示出根据第二实施方式的在根据本发明的方法内使用的电流信号变化过程sigl、sig2的示意图。在此情况下，电流信号变化过程同样是脉冲式的，其中，第二电流值i2为0ma。在两个电流信号变化过程sigl、sig2之间的差在图6中与在图5中完全一样地通过阴影线的方式示出。在第三时刻t3和第四时刻t4之间的时间差δt34确定第一电流信号的周期持续时间。替代上面提到的积分作为信号偏差值，可替代地可以执行第一电流信号变化过程sigl和第二电流信号变化过程sig2的傅里叶变换，其中于是将预先定义的信号偏差阈值例如被确定为在傅里叶变换的相空间中的量度、例如功率密度。