單元均衡的蓄電池制造技術

本發明專利技術涉及一種蓄電池，具有至少一個蓄電池模塊組(60)、確定蓄電池單元(11)的充電狀態的傳感裝置以及控制單元。蓄電池模塊組(60)包括多個串聯連接的蓄電池模塊(30、50)，其中每個模塊包括至少一個蓄電池單元(11)和一個耦合單元(20、40)。至少一個蓄電池單元(11)連接在所述耦合單元(20、40)的第一輸入端(21、41)和第二輸入端(22、42)之間，所述耦合單元(20、40)構造成根據第一控制信號在所述蓄電池模塊(30、50)的第一端子(31、51)和所述蓄電池模塊(30、50)的第二端子(32、52)之間切換所述至少一個蓄電池單元(11)，并且根據第二控制信號把所述第一端子(31、51)連接到所述第二端子(32、52)。所述傳感裝置與每個蓄電池模塊(30、50)的所述至少一個蓄電池單元(11)是可連接的。所述控制單元連接到所述傳感裝置，并且構造為選擇蓄電池模塊組(60)的蓄電池模塊(30、50)，所選擇的蓄電池模塊(30、50)的至少一個蓄電池單元(11)具有蓄電池模塊組(60)的所有蓄電池模塊(30、50)中最低的充電狀態，并把所述第二控制信號傳送給所選擇的蓄電池模塊(30、50)的耦合單元(20、40)。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種具有新型單元均衡的蓄電池。
技術介紹
在將來，無論在固定的應用還是在車輛諸如混合動力車輛和電動車輛中，將增加應用蓄電池系統。為了能夠滿足針對各應用給出的對電壓以及所能夠提供的功率的要求， 串聯了較高數量的蓄電池單元。因為由一個這樣的蓄電池提供的電流必須流過所有的蓄電池單元，并且一個蓄電池單元僅能夠導通受限的電流，因此通常還附加地并聯連接蓄電池單兀，以便提聞最大電流。圖I示出了傳統蓄電池10的具體框圖。多個蓄電池單元11串聯連接以及可選的額外并聯連接，以獲得各個應用所需的高的輸出電壓(串聯)和蓄電池容量(并聯)。在蓄電池單元的正極和一個正蓄電池端子12之間連接了一個負載和分離裝置14。可選地在蓄電池單元的負極和一個負蓄電池端子13之間額外連接了一個分離裝置15。負載和分離裝置14以及分離裝置15分別包含保護繼電器16或17，設置這些保護繼電器用于使蓄電 池單元11與蓄電池端子12、13斷開，從而使蓄電池端子12、13不帶電壓。否則，由于串聯連接的蓄電池單元11具有很高的直流電壓，這對于維護人員或類似人員存在很大的潛在風險。在負載和分離裝置14內還額外設置了一個負載保護繼電器18，其具有與負載保護繼電器18 串聯連接的負載電阻19。當蓄電池連接到直流中間電路時，負載電阻19為連接到傳統蓄電池供電的驅動系統的直流中間電路的緩沖電容器限制充電電流。為此首先，斷開保護繼電器16，僅有負載保護繼電器18閉合，由此負載電阻19所限制的電流最大能夠達到蓄電池電壓除以負載電阻19的電流。如果在正蓄電池端子12上的電壓至少近似達到蓄電池電壓，保護繼電器16閉合并且必要時斷開負載保護繼電器18。保護繼電器16、17和負載保護繼電器18增加的蓄電池成本不少，這是因為對其可靠性和對由其導通的電流提出了高的要求。大量蓄電池單元的串聯連接除了總電壓高之外，還帶來了這樣的問題，S卩如果一個蓄電池單元故障，則整個蓄電池故障，因為由于串聯連接，蓄電池電流必須流過所有的蓄電池單元。這樣的蓄電池故障能夠導致整個系統的故障。在電動車輛中，驅動蓄電池的故障能夠導致所謂的趴窩(Liegenbleiber)，在另外的諸如風力發電裝置的轉動葉片調節裝置中，在強風情況下，這能夠導致安全危險情況。因此蓄電池的可靠性高是有利的。根據定義，概念“可靠性”是指系統正確地工作預先給定的時間的能力。廣泛使用的增加蓄電池壽命的方法被稱作所謂的單元均衡。該方法的原理是盡可能均勻地為蓄電池的所有蓄電池單元加載，由此單個蓄電池單元不會過早放電而因此整個蓄電池故障，盡管在其他蓄電池單元內仍有足夠可用的電能。此外過早放電的蓄電池單元對于安全操作還存在嚴重的風險，因為已放電的蓄電池單元相對于其余的蓄電池單元表現為一個負載，由于持續流經電流，該蓄電池單元會變得非常熱。盡管蓄電池單元已經被放電，這個蓄電池繼續工作會存在損壞蓄電池單元并繼而整個蓄電池遭到永久損壞的風險。 因此在現有技術中必須發現不同的單元均衡的方法，這些方法找到具有較高單元電壓的蓄電池單元，并與其他蓄電池單元相比較有目的地放電(電阻性單元均衡)。由于在電阻性單元均衡中，通過單元均衡而得到電能受到損失，所以引入電感性單元均衡方法，在該方法中將從一個待放電蓄電池單元產生的電能提供給另一個蓄電池單元。但是，即使如此仍會產生電功率的損失，再者這在使用線圈的電路中一定會產生很高且龐大的連接技術成本。
技術實現思路
因此本專利技術提出了一種蓄電池，具有至少一個蓄電池模塊組，確定蓄電池單元的充電狀態的傳感裝置以及控制單元。蓄電池模塊組包括多個串聯連接的蓄電池模塊，其中每個模塊具有至少一個蓄電池單元和一個耦合單元。至少一個蓄電池單元設置在所述耦合單元的第一輸入端和第二輸入端之間，所述耦合單元被構造成根據第一控制信號在所述蓄電池模塊的第一端子和所述蓄電池模塊的第二端子之間切換所述至少一個蓄電池單元，并且根據第二控制信號把所述第一端子連接到所述第二端子。所述傳感裝置與每個蓄電池模塊的所述至少一個蓄電池單元是可連接的。所述控制單元連接到所述傳感裝置，并且被構造為選擇蓄電池模塊，其中所選擇的蓄電池模塊的至少一個蓄電池單元具有在所有蓄電池模塊中的最低充電狀態，并把所述第二控制信號輸出至蓄電池模塊組的所選擇蓄電池模塊的耦合單元。如果設計不止一個蓄電池模塊組，則分別對每個蓄電池模塊組進行蓄電池模塊的選擇。所述耦合單元實現了將蓄電池模塊的在耦合單元的第一和第二輸入端之間連接的一個或多個蓄電池單元，耦合到耦合單元的輸出端，從而使得外部可以使用蓄電池單元的電壓，或者橋接蓄電池單元，從而從外部可以看到OV的電壓。在前一種情況下，蓄電池單元參與通過蓄電池提供電能，但在第二種情況下不參與。因此蓄電池具有的優點是，可以僅通過在時間上將蓄電池的實際負荷分攤給工作中的蓄電池單元以實現單元均衡。具有一個或多個具有相比于其他蓄電池模塊的蓄電池單元更高充電狀態的蓄電池單元的蓄電池模塊相比于具有較低充電狀態的蓄電池模塊的蓄電池單元時間更長地參與電能的提供，直到實現均衡。因此從較高充電狀態的蓄電池單元所獲得的電能被直接用于蓄電池的基本用途，不像電阻性單元均衡一樣產生電能浪費，也不像具有高成本的電感性單元均衡，在把電能傳輸給另一個蓄電池單元時仍會有損失。本專利技術所述的單元均衡可以在極端情況下用于獨立的蓄電池單元，亦即當耦合單元也僅有一個蓄電池單元時。但是作為電路技術上有意義的讓步考慮可以使連接到耦合單元的蓄電池單元組也可以一起實現單元均衡。盡管通過斷開蓄電池模塊來降低蓄電池的輸出電壓，但較低的輸出電壓在常規應用中不會導致整個設備的故障，因此是可以接受的。所述耦合單元可以具有第一輸出端，并且構造為根據第一控制信號連接第一輸入端或第二輸入端到該輸出端。在此，該輸出端連接到蓄電池模塊的端子之一，第一或第二輸出端之一連接到蓄電池模塊的另一個端子。這類耦合單元可以僅通過兩個開關來實現，優選半導體開關例如MOSFET或IGBT。可替換的是，耦合單元可以具有第一輸出端和第二輸出端，并且構造為根據第一控制信號將第一輸入端連接到第一輸出端且將第二輸入端連接到第二輸出端。此時，該耦合單元還可以構造為根據第二控制信號將第一輸入端從第一輸出端斷開，將第二輸入端從第二輸出端斷開，并且將第一輸出端連接到第二輸出端。此實施例需要更多的電路花費 (通常是三個開關)，但把蓄電池模塊的蓄電池單元在其兩個極處分離，由此當蓄電池模塊存在深度放電或損壞風險時，其蓄電池單元可以被無電壓地連接并且因此在整個設備的持續操作期間可以被安全地替換。所述傳感裝置可以包含電壓測量單元，其構造為確定蓄電池單元的單元電壓或蓄電池模塊的電壓。蓄電池單元的單元電壓或蓄電池模塊的電壓是在確定蓄電池單元或蓄電池模塊充電狀態時最重要的參數。當獲取以及分析單元電壓或蓄電池模塊的電壓隨時間變化時，可以獲得非常精確的結論。另外，所述傳感裝置可以包含溫度測量單元，其構造為確定蓄電池單元的單元溫度或者蓄電池模塊的溫度。蓄電池單元的單元電壓和容量都依賴于溫度，因此額外地獲取蓄電池單元或蓄電池模塊的溫度實現了更精確地確定充電狀態。所述傳感裝置還可以包含電流測量單元，其構造確定至少一個蓄電池模塊組的電流。在較高負荷下，在相同充電狀態下的蓄電本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S·布茨曼，H·芬克，
申請(專利權)人：SB鋰摩托有限公司，SB鋰摩托德國有限公司，
類型：
國別省市：