1.本发明涉及一种车辆用电池装置以及一种用于控制这种电池装置的方法。


背景技术：

2.已知的是车辆配备有电池装置，以便尤其确保或能够辅助车辆驱动。这种车辆也被称为电动车或混动车。本发明尤其涉及纯电动车，其中，电池装置是驱动能量的唯一存储可能方式。
3.在已知的电池装置中，在电池装置内出现故障的情况下存在根本的缺点。已知的电池装置通常由大量单独电池单元组成。每个所述电池单元通常都具有分层布置在若干平面的多个单独电池模块。这些电池模块又分别配备有规定数量的电池单池，它们是电池装置的最小储能单元。然而，由于在电池单元内和进而在电池装置内的连接，单独电池单池和/或单独电池模块的故障导致整个电池装置的完全故障。因此存在可能导致电池装置整体电故障的大量故障可能性。因此，仅依赖在电池装置内的电能来达成借助电动机前进的电动车具有许多故障风险。电池单池的故障可能由机械作用以及电池装置且尤其是单独电池单池的老化过程引发。在已知车辆中，这使得唯一出故障的电池单池导致车辆抛锚，进而导致电池装置故障。在这种故障情况下必然需要通过辅助工具如拖车拖走车辆。在这种故障情况下车辆无法再通过其自身驱动装置前进。


技术实现要素：

4.本发明的任务是至少部分消除上述缺点。本发明的任务尤其是即使在电池单池出故障的情况下也以廉价且简单的方式确保车辆移动性。
5.上述任务通过一种具有权利要求1的特征的电池装置和一种具有权利要求9的特征的方法来完成。本发明的其它特征和细节来自从属权利要求、说明书和图。在此，关于本发明的电池装置所描述的特征和细节自然也与本发明的方法相关是适用的，反之亦然，因此关于各个发明方面的公开内容总是相互参照或可以相互参照。
6.根据本发明的车辆用电池装置包括具有至少两个电池单元的主电池系统和具有至少一个电池单元的应急电池系统。主电池系统总是比应急电池系统具有更多的电池单元。此外，该主电池系统和应急电池系统相互并联电连接并且具有相同的标称电压。因此，该主电池系统和应急电池系统共同形成电路的一部分。此外，主电池系统配备有主开关，用于断开电池系统、特别是从所述电路断开。应急电池系统配备有与主开关分开的应急开关，用于将应急电池系统从该电路断开。
7.由于主电池系统和应急电池系统具有相同的标称电压，故可以将它们直接并联电连接。各个电池单元在此可以是本身独立的加工模块，其数量根据使用目的而变。例如，电池单元可以由轿车电池构成。如果需要用在卡车中，则现在可以通过并联多个这样的轿车电池来获得所需的更大容量。
8.因此根据本发明，现在在共同电路中规定将两个电池系统、即主电池系统和应急
电池系统并联连接。这两个部分、即应急电池系统和主电池系统均配备有自己的开关作为切换装置，其在主电池系统的情况下是主开关并且在应急电池系统情况下是应急开关。这导致了在不同的应用情况下彼此分开的开关功能，如以下所详述的那样。
9.相比于已知的车辆，即便在根据本发明配备有相应的电池装置的车辆中也会在电池装置中出现故障。例如，这可能基于出故障的单独电池单池和/或出故障的单独电池模块。在这样的故障情况下，在相应电池系统内、即在主电池系统或应急电池系统内的所有电池单元将不再可供用于电力输出。在此，现在可以区分两种基本故障情况。
10.在第一故障情况下，在应急电池系统内出现故障。这因此意味着在应急电池系统的至少一个电池单元内出现电池单池故障或电池模块故障，因此应急电池系统不能再输出电力。在识别这种故障并确定故障位于应急电池系统中之后，可以借助应急开关将应急电池系统从电路断开。换句话说，主电池系统现在可供用于给车辆供电。但由于主电池系统被设计成比应急电池系统大，故很有可能仍提供足够电力以将车辆开到车间或开回家。因此，在应急电池系统出现故障的情况下，车辆的可移动性得到保证。
11.作为第二故障情况，该故障也可能存在于主电池系统中。这因此意味着该主电池系统中的电池单池或电池模块出故障，由此该主电池系统不能再相应地输出电功率给车辆以使其运行。在这种情况下，在识别故障并定位在主电池系统内之后，主开关将使主电池系统从电路中断开。现在，车辆虽然不再连接到主电池系统，但与已知解决方案相比，仍然还能在电路中提供正常运转的应急电池系统，以便至少以降低的功率输出给车辆提供电能。尽管应急电池系统被设计得比主电池系统小，但在应急电池系统内可供使用的能量在任何情况下都足以用于所谓的“跛行回家”功能，即足以提供剩余可移动性以将车辆开到车间、开回家或其它安全位置。
12.在以上对主电池系统和应急电池系统中的两种可选故障情况的描述中，可以认识到在两种情况下都提供剩余移动性。因此在两种故障情况下，所述剩余移动性都足以使车辆驶回家和/或移动到安全位置。这也被称为“跛行回家”功能。
13.根据本发明，应急电池系统被设计成小于主电池系统。除了车辆可移动性的基本安全功能外，这还带来决定性的优势。这尤其可以体现在单独应急开关上，因为当应急电池系统被相应设计成比主电池小时，应急开关可以在电设计、重量、价格还有几何尺寸方面被设计得更小。因此应指出的是本发明的核心思想尤其是在主电池系统和应急电池系统之间的这种非对称设计。不同于简单地将主电池系统加倍的解决方案，根据本发明的非对称设计导致应急电池系统能以更廉价的方式提供“跛行回家”功能。这种更廉价的设计尤其基于非对称设计，因为应急电池系统的较小尺寸和较小容量也意味着应急开关的较低性能和进而较低成本和较小尺寸和相应的电路连接。
14.当在本发明的电池装置中该应急电池系统具有恰好一个电池单元时，这可带来优点。利用这种设计，应急电池系统因此被限定至其最小尺寸。因此，应急电池系统也仅允许最小剩余移动性，因而所述恰好一个电池单元优选针对关于例如车辆行驶里程的相应剩余移动性来设计。例如应急电池系统的恰好一个电池单元可被如此设计，即，它在某些规定前提条件下为车辆提供例如50公里移动半径的剩余移动性。这种剩余移动性也可能与车辆机动性的进一步削减有关，例如与加速能力降低和最大速度降低相关，以便即使在不利情况下也能尽可能获得呈50公里形式的剩余移动性。以这种方式，也还可以进一步改善应急开
关设计上的简化。无论具有恰好一个电池单元还是具有多个电池单元，应急电池系统中的电压都优选对应于主电池系统的电池单元中的电压。
15.当在本发明电池装置中该主电池系统的电池单元和该应急电池系统的电池单元在电学上是彼此相同的或在电学上彼此基本相同时，还可以获得优点。换言之，可以提供整个电池装置的模块化结构。每个单独电池模块配备有规定的且特别是数量相等的彼此相同的电池单池。每个电池单元配备相等数量的彼此相同的电池模块。因此可以在主电池系统中设置任意数量的电池单元并按照相同设计在应急电池系统中设置相应数量的或甚至恰好一个电池单元。这带来很大的优点，因为特别是也以相同的方式自动得到单独电池系统的标称电压。通过这种方式，不再需要调整和设置逆变器功能或整流器功能。
16.还有利的是，在本发明的电池装置中该主电池系统和该应急电池系统布置在共用的电池壳体中。这也特别适用于两个开关、即应急开关和主开关的布置。因此可从外部将电池装置识别为紧凑的结构单元。电池装置可以廉价且容易地预装在这样的共用电池壳体中，从而呈共用电池壳体形式的唯一结构单元可供在车辆中最终组装所用。尤其是，所有开关功能还有完整的控制智能也都布置在这个共用的电池壳体内。
17.当在本发明的电池装置中至少就以下参数之一而言以关于主开关减小的方式设计应急开关时，可获得进一步优点：电负荷极限，成本，重量，电保护。
18.以上列举并非穷举清单。在此能清楚看出，借助在应急开关的成本和重量和所需的总工作量方面必要的前述参数中的至少一个且尤其是多个，可以达成电池装置的精简和进而优化。由于应急电池系统被设计成相应地小于主电池系统，故可以做到也相应地将应急开关设计得比较小。这使得根据本发明的应急电池系统和主电池系统之间非对称设计的核心思想明显区别于主电池系统的纯粹加倍。
19.也有利的是，在本发明的电池装置中，该应急电池系统布置成邻近或基本邻近由应急电池系统和主电池系统共用的控制模块，特别是比主电池系统更靠近。换言之，可以在应急电池系统和控制模块之间设置较短的电线和较短的控制线。在此，也可以实现减小的导线横截面，因为能够由应急电池系统进行相应较少的功率输出。减小的导线横截面还导致本发明的电池装置的重量减轻且成本下降。
20.还有利的是，在本发明的电池装置中，该主电池系统和应急电池系统具有共用的触点部，用于并联连接到耗电器。如已经描述地，在正常使用时所述主电池系统和应急电池系统在一电路中彼此并联连接。即使在现有的电连接状况中，共用触点部也允许本发明的相应电池装置用于车辆中的耗电器。特别是，共用的触点部被设计为共用电池壳体的一部分和/或被集成到这样的共用电池壳体中。该共用的触点部优选被设计为共同插头并且例如可以就电路而言布置在应急开关和主开关的下游。
21.当在本发明的电池装置中给主电池系统和应急电池系统设置共用的控制模块时，带来其它优点，其中，尤其是为主电池系统和应急电池系统设置至少一个共同的附加控制模块。换句话说，在这里规定冗余设计，以便即使在控制模块或附加控制模块出现故障的情况下也能够继续保持对电池装置的控制。借助于控制模块和/或附加控制模块的控制允许主电池系统和应急电池系统的充电、放电以及平衡。
22.本发明的主题还涉及一种用于控制本发明的电池装置的方法，包括以下步骤：
[0023]-识别电池单元内的故障，
[0024]-识别出故障的电池单元分配给主电池系统或应急电池系统，
[0025]-依据出故障的电池单元的分配，断开主电池系统或应急电池系统。
[0026]
因此根据本发明，现在不仅能识别电池单元中的故障，也能将故障分配给主电池系统或应急电池系统。在最后步骤中，通过根据本发明的方式从电路中断开故障所在且故障对应所属的电池装置部分。因此，本发明的方法带来与参照本发明的电池装置所详细说明的相同的优点。
[0027]
还有利的是，在根据本发明的方法中，当出故障的电池单元被分配给主电池系统时，应急电池系统的功率输出被限制。因此可行的是，即便在应急电池系统因其尺寸减小而能保证减小的功率输出时，也获得最小移动性、如最短移动距离。因此例如可以想到限制对象是速度、加速度、冷却成本或非优先耗电器的减少。这进一步保护根据本发明的车辆“跛行回家”功能的正常运作。
[0028]
也可能有利的是，在本发明方法中，在电池装置正常运行中该主电池系统和应急电池系统至少暂时共同运行。这是指在正常工作状态下该主电池系统和应急电池系统二者共同提供功率输出。这也在电池装置充电时适用，使得主电池系统和应急电池系统至少暂时共同充电。但在这里优选可以规定如下设计，其带来针对紧急功能的保护。因此可以规定共同的下限，应急电池系统就其电量状态(soc)而言不应降至低于该下限。因此，一旦主电池系统和应急电池系统的共同电量状态在行驶期间、即在放电时达到该状态，则应急电池系统将通过应急开关被断开，只由主电池系统保证电力输出。在随后充电周期中，主电池系统首先被单独充电到规定下限，因此只有当主电池系统和应急电池系统达到彼此相同或基本相同的电量状态时，应急电池系统才通过应急开关被接通，并且继续共同充电过程。就两个电池系统的充电状态和放电状态而言的至少暂时共同工作导致了两个电池系统在使用以及老化方面的共同化。
附图说明
[0029]
本发明的其它优点、特征和细节来自以下参照附图对本发明实施例详加描述的说明。在此，在权利要求书和说明书中提到的特征可以单独地或在任何组合中对本发明是重要的，附图示意性示出：
[0030]
图1示出本发明的电池单元的实施方式，
[0031]
图2示出两个相邻的电池单元的实施方式，
[0032]
图3示出本发明的电池装置的示意图，
[0033]
图4示出本发明的电池装置的另一图示，
[0034]
图5示出放电期间的情况，
[0035]
图6示出放电期间的进展情况，
[0036]
图7示出充电期间的情况，
[0037]
图8示出在电池装置充电时的进展情况。
具体实施方式
[0038]
图1和图2示意性示出原则上能够如何构造电池单元bs。在此，根据图1，它是单独电池单元bs。在这里，多个电池模块bm并排布置以形成电池单元bs。每个单独电池模块bm设
计成具有多个彼此电连接的电池单池bz。在图2中示出电池单元bs，其是图1的实施方式的加倍。在此示出了如何能在串联中相应增加电池单池bz和电池模块bm的数量。
[0039]
图3示意性示出能够如何构造电池装置10。在此能清楚看到该主电池系统20和该应急电池系统30是非对称设计的。主电池系统20由相互并行布置的五个电池单元bs组成。应急电池系统30仅由唯一的电池单元bs组成。所有电池单元bs、即主电池系统20的电池单元和应急电池系统30的电池单元优选被设计为彼此相同。原则上，现在可以相互区分两种故障状况。一方面，它是在应急电池系统30中的故障，就是说在至少一个或恰好一个电池单元bs中的故障。这导致了通过控制模块50来测知故障并确定位置，从而应急电池系统30于是可通过应急开关32被断开。在这种情况下，主电池系统20中仍还有足够多的电容量可供使用，以确保车辆剩余移动性。
[0040]
在一个实施例中，例如根据图3显然也可以规定冗余地设计开关22和32。因此，可以在主电池系统20和/或应急电池系统30的每条连接线路中设置这种用于建立冗余的第二开关22和/或32。也可以想到将一个或多个电保险件布置在一个和/或多个所述连接线路中。
[0041]
但如果主电池系统20内出故障，即在主电池系统20的至少一个电池单元bs中出故障，则这也可以被控制模块50识别并相应分配。在分配之后，由主开关22将主电池系统20从该电路中断开。但与已知的解决方案相比，现在在应急电池系统30中总还是有剩余电容量可供使用，以便能够确保车辆剩余移动性。在这两种故障情况下，相应的电容量加载于共用的触点部60。
[0042]
图4示出了根据本发明的电池装置10的另一个实施方式。在此，主电池系统20和应急电池系统30的所有电池单元bs都被集成到共用的电池壳体40中。在这里也可以清楚看到应急电池系统30的电池单元bs被设计在最右侧且因此紧邻控制模块50、也紧邻冗余的附加控制模块52。因此，与针对主电池系统20的电池单元bs的情况相比，应急电池系统30布置成更靠近控制模块以及附加控制模块52。
[0043]
图5和图6示出放电情况的可能性。从主电池系统20和应急电池系统30的充满电状态起，根据图5发生共同放电和进而并行放电。一旦达到规定阈值，就可以依据该阈值仅还使用主电池系统20来提供驱动功率，以保证在出现故障情况下的继续可移动性。应急电池系统30尤其通过应急开关32从电路断开并因此保持在剩余电量状态。在放电之后，可以在充电情况期间执行图7和图8的设计。因此根据图7，先给主电池系统20充电直到它的电量状态对应于或基本对应于应急电池系统30的电量状态。随后，应急电池系统30也才例如通过应急开关32又接入至充电过程，从而根据图8发生主电池系统20和应急电池系统30的共同充电。
[0044]
实施方式的以上说明仅在例子范围内描述了本发明。显然，实施方式的各个特征只要技术上有意义就可以相互自由组合，而不脱离本发明范围。
[0045]
附图标记
[0046]
10电池装置
[0047]
20主电池系统
[0048]
22主开关
[0049]
30应急电池系统
[0050]
32应急开关
[0051]
40电池壳体
[0052]
50控制模块
[0053]
52附加控制模块
[0054]
60触点部
[0055]
bs电池单元
[0056]
bm电池模块
[0057]
bz电池单池。