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1、(10)申请公布号 CN 102844958 A(43)申请公布日 2012.12.26CN102844958A*CN102844958A*(21)申请号 201180019276.9(22)申请日 2011.02.18102010027857.2 2010.04.16 DEH02J 7/00(2006.01)B60L 11/18(2006.01)(71)申请人 SB锂摩托有限公司地址韩国京畿道申请人 SB锂摩托德国有限公司(72)发明人 S布茨曼 H芬克(74)专利代理机构北京市金杜律师事务所 11256代理人郑立柱(54) 发明名称具有集成的脉冲逆变器和提高的可靠性的耦合单元和蓄电池模块(
2、57) 摘要描述了一种用于蓄电池模块(40)的耦合单元(30)，所述耦合单元(30)包括第一输入端(31)、第二输入端(32)和输出端(33)。依据本发明，所述耦合单元(30)被构造为根据控制信号将所述第一输入端(31)或所述第二输入端(32)与所述输出端(33)相连接。此外实现了一种具有这样的耦合单元(30)和至少一个蓄电池单元(41)的蓄电池模块(40)，蓄电池单元(41)连接在耦合单元(30)的第一输入端(31)和第二输入端(32)之间。所述蓄电池模块(40)的第一端子(42)与所述耦合单元(30)的输出端(33)相连接，且所述蓄电池模块(40)的第二端子(43)与所述耦合单元(30)的
3、第二输入端(32)相连接。此外本发明还实现了一种具有一个或多个蓄电池模块组(50)的蓄电池，其中，蓄电池模块组(50)具有多个串联连接的蓄电池模块(40)。蓄电池具有控制单元，其被构造为，产生用于所述耦合单元(30)的控制信号并将其输出至所述耦合单元(30)。(30)优先权数据(85)PCT申请进入国家阶段日2012.10.15(86)PCT申请的申请数据PCT/EP2011/052395 2011.02.18(87)PCT申请的公布数据WO2011/128139 DE 2011.10.20(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书5页 附图5页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发
4、明专利申请权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 5 页1/1页21.一种用于蓄电池模块(40)的耦合单元(30)，所述耦合单元(30)包括第一输入端(31)、第二输入端(32)和输出端(33)，其特征在于，所述耦合单元(30)被构造为根据控制信号将所述第一输入端(31)或所述第二输入端(32)与所述输出端(33)相连接。2.根据权利要求1所述的耦合单元(30)，具有换向开关(34)，其被构造为根据所述控制信号将所述第一输入端(31)或所述第二输入端(32)与所述输出端(33)相连接。3.根据权利要求1所述的耦合单元(30)，具有第一开关(35)和第二开关(36)，所述第一开关(35)连接在
5、所述第一输入端(31)和所述输出端(33)之间，所述第二开关(36)连接在所述第二输入端(32)和所述输出端(33)之间。4.根据权利要求3所述的耦合单元(30)，其中，所述第一开关(35)和/或所述第二开关(36)被构造为半导体开关，优选地被构造为MOSFET开关或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关。5.一种具有根据前述权利要求中任意一项所述的耦合单元(30)的蓄电池模块(40)，所述蓄电池模块(40)具有至少一个蓄电池单元(41)，优选为锂离子蓄电池单元，所述蓄电池单元(41)连接在所述耦合单元(30)的所述第一输入端(31)和所述第二输入端(32)之间，其中所述蓄电池模块(40)的第一端
6、子(42，41)与所述耦合单元(30)的输出端(33)相连接，且所述蓄电池模块(40)的第二端子(41，42)与所述耦合单元(30)的第二输入端(32)相连接。6.一种具有一个或多个、优选为三个蓄电池模块组(50)的蓄电池，其中，蓄电池模块组(50)具有多个串联连接的、依据权利要求5所述的蓄电池模块(40)以及控制单元，其被构造为，产生用于所述耦合单元(30)的控制信号并将其输出至所述耦合单元(30)。7.根据权利要求6所述的蓄电池，其中，依据权利要求3或4中任意一项构造所述耦合单元(30)，并且其中，所述控制单元被构造为，闭合所选择的耦合单元(30)的第一开关(35)并断开所述所选择的耦合单
7、元(30)的第二开关(36)，或者断开所述所选择的耦合单元(30)的第一开关(35)并闭合所述所选择的耦合单元(30)的第二开关(36)，或者断开所述所选择的耦合单元(30)的第一开关和第二开关(35，36)。8.根据权利要求6或7中任意一项所述的蓄电池，其中，所述控制单元还被构造为，在第一时间点将所选择的蓄电池模块组(50)的耦合单元(30)的所有第一输入端(31)与所述所选择的蓄电池模块组(50)的耦合单元(30)的输出端(33)相连接，并且在第二时间点将所述所选择的蓄电池模块组(50)的耦合单元(30)的所有第二输入端(32)与所述所选择的蓄电池模块组(50)的耦合单元(30)的输出端(
8、33)相连接。9.根据权利要求6至8中任意一项所述的蓄电池，具有与所述控制单元相连接的传感器单元，其被构造为，检测损坏的蓄电池单元(41)并且向所述控制单元示出，其中，所述控制单元被构造为，通过输出适当的控制信号来使具有损坏的蓄电池单元(41)的蓄电池模块(40)失效。10.一种具有电驱动电机(13)的机动车，所述电驱动电机(13)用于驱动所述机动车，并且所述机动车具有与所述电驱动电机(13)相连接的、根据权利要求6至9中任意一项所述的蓄电池。权 利 要 求 书CN 102844958 A1/5页3具有集成的脉冲逆变器和提高的可靠性的耦合单元和蓄电池模块技术领域0001 本发明涉及一种用于蓄电
9、池模块的耦合单元以及具有这样的耦合单元的蓄电池模块。背景技术0002 在将来，无论在固定的应用还是在车辆诸如混合动力车辆和电动车辆中，将增加应用蓄电池系统。为了能够满足针对各应用给出的对电压以及所能够提供的功率的要求，串联了较高数量的蓄电池单元。因为由一个这样的蓄电池提供的电流必须流过所有的蓄电池单元，并且一个蓄电池单元仅能够导通受限的电流，因此通常还附加地并联连接蓄电池单元，以便提高最大电流。这能够通过在蓄电池单元罩壳内设置更多的单元包或通过外部连接蓄电池单元来实现。然而，在此有问题的是，由于单元电容和电压不精确相同，在并联连接的电池单元之间能够出现补偿电流。0003 在图1中示出了常见的电
10、驱动系统的原理电路图，电驱动系统诸如在电动车辆和混合动力车辆中或者在静态应用中诸如风力发电装置的转动叶片调节中使用的电驱动系统。蓄电池10连接至直流中间电路，该直流中间电路受电容器11缓冲保护。脉冲逆变器12连接至直流中间电路，该脉冲逆变器12通过两个可控的半导体阀和两个二极管在三个输出端上分别提供相对彼此相位移位的正弦电压，以用于驱动电驱动电机13。电容器11的电容必须足够大，以便使直流中间电路中的电压稳定一时间段，在该时间段内接通可控的半导体阀中的一个。在实际的应用中，诸如在电动车辆中，得出高电容在mF范围内。因为直流中间电路的电压通常相当高，只有在高成本并且以大的空间要求的情况下才能够实
11、现这样大的电容。0004 图2在具体的方框电路图中示出了图1的蓄电池10。多个蓄电池单元串联连接，并可选地附加地并联连接，以实现对于各应用所期望的高的输出电压和蓄电池容量。在蓄电池单元的正极和蓄电池正端子14之间连接了负载和分隔装置16。可选地，能够附加地在蓄电池单元的负极和蓄电池负端子15之间连接分隔装置17。分隔和负载装置16和分隔装置17分别包括保护继电器18和19，其被设置为用于将蓄电池单元与蓄电池端子分开，从而使得蓄电池端子不带电压。否则，由于串联连接的蓄电池单元的高直流电压，对维护人员或类似的人将有相当的危险电势。在负载和分隔装置16中附加地设置有负载保护继电器20和与负载保护继电
12、器20串联连接的负载电阻21。如果蓄电池连接到直流中间电路，则负载电阻21限制电容器11的充电电流。在此，首先断开保护继电器18，并仅闭合负载保护继电器20。如果在蓄电池正端子14上的电压达到蓄电池单元的电压，则能够闭合保护继电器19，并且必要时断开负载保护继电器20。保护继电器18、19和负载保护继电器20明显提高蓄电池10的成本，因为对其可靠性和对由其导通的电流提出了高的要求。0005 大量蓄电池单元的串联连接除了总电压高之外，还带来了这样的问题，即如果一个蓄电池单元故障，则整个蓄电池故障，因为由于串联连接，蓄电池电流必须流过所有的蓄说 明 书CN 102844958 A2/5页4电池单元
13、。这样的蓄电池故障能够导致整个系统的故障。在电动车辆中，驱动蓄电池的故障能够导致所谓的趴窝(Liegenbleiber)，在另外的诸如风力发电装置的转动叶片调节装置中，在强风情况下，这能够导致安全危险情况。因此蓄电池的可靠性高是有利的。根据定义，概念“可靠性”是指系统正确地工作预先给定的时间的能力。发明内容0006 因此，依据本发明提出了一种用于蓄电池模块的耦合单元，其中，所述耦合单元具有第一输入端、第二输入端和输出端。耦合单元被构造为根据控制信号将第一输入端或第二输入端与输出端相连接。0007 耦合单元能够将一个或多个连接在第一和第二输入端之间的蓄电池单元耦合到耦合单元的输出端以使得外部能够
14、有蓄电池单元的电压，或者绕过蓄电池单元以使得从外部看到0V的电压。相对于图1所示的蓄电池系统，蓄电池系统的可靠性大大提高了，因为单个蓄电池单元的故障不会直接导致蓄电池系统的故障。0008 耦合单元能够具有换向开关，其被构造为根据控制信号将第一输入端或第二输入端与输出端相连接。替代地，耦合单元能够具有第一开关和第二开关，第一开关连接在第一输入端和输出端之间，第二开关连接在第二输入端和输出端之间。耦合单元的这样的实施形式特别适合用半导体开关实现，其中，第一开关和/或第二开关优选地被构造为MOSFET开关或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关。0009 第二发明方面涉及具有依据第一发明方面的耦合单元的
15、蓄电池模块，蓄电池模块还具有至少一个蓄电池单元，优选为锂离子蓄电池单元，其连接在耦合单元的第一输入端和第二输入端之间，其中蓄电池模块的第一端子与耦合单元的输出端相连接，且蓄电池模块的第二端子与耦合单元的第二输入端相连接。如果在蓄电池模块的第一和第二端子上应当有至少一个蓄电池单元的电压，则将耦合单元的第一输入端接通至其输出端。相反，如果应当使蓄电池模块失效，则将耦合单元的第一输入端与输出端断开，并将耦合单元的第二输入端与输出端相连接。由此将第一和第二端子导电地彼此相连，从而对于蓄电池模块得到0V的电压。0010 第三发明方面更提出了一种具有一个或多个、优选为三个蓄电池模块组的蓄电池。在此蓄电池模
16、块组包括多个串联连接的、依据第二发明方面的蓄电池模块。蓄电池还包括控制单元，其被构造为，产生用于耦合单元的控制信号并将其输出至耦合单元。0011 蓄电池具有的优点在于，在一个蓄电池单元故障的情况下，能够使所涉及的蓄电池模块失效，而剩余的蓄电池模块继续提供电压。尽管蓄电池能够提供的最大电压下降了，然而在蓄电池运行的装置中，电压的下降通常不会导致其整体故障。此外可能的是，设置一些附加的蓄电池模块，如果蓄电池模块中的一个故障并且必须使其失效时，将附加的蓄电池模块相应地包含在蓄电池模块的串联连接中。由此使得蓄电池的电压不会由于蓄电池模块的故障而受影响，并且蓄电池的功能不依赖于蓄电池单元的故障，由此又大大地提高了整体装置的可靠性。0012 如果耦合单元具有如上文描述的第一和第二开关，则控制单元能够被构造为，闭合所选择的耦合单元的第一开关并断开所述所选择的耦合单元的第二开关，或者断开所述所选择的耦合单元的第一开关并闭合所述所选择的耦合单元的第二开关，或者断开所述所说 明 书CN 102844
