用于保護電池的裝置和方法制造方法及圖紙

本發明專利技術提供了一種用于保護電池（1；41）的電池保護裝置，包括被布置成生成或抑制通過所述電池的紋波電流的電路。所述電路包括：被布置成產生紋波電流的紋波生成器；被布置在連接到電池的正電力線上的第一注入器（21；48），所述第一紋波注入器被布置成將所述紋波電流傳輸到所述正電力線；被布置在連接到電池的負電力線上的第二注入器（22；49），所述第二紋波注入器被布置成將所述紋波電流傳輸到所述負電力線。所述第一紋波注入器和所述第二紋波注入器被布置成運行在差分模式中，例如注入的電流符號相反。

【技術實現步驟摘要】
用于保護電池的裝置和方法
本專利技術涉及用于保護電池的保護裝置和方法。本專利技術還涉及包括電池和這樣的保護裝置的電氣動力裝置。
技術介紹
現今，諸多裝置使用鋰電池。鋰電池越來越多地用于大功率應用中，諸如用于為電動車輛提供動力(諸如電池電動車輛(BEVs)等)。鋰離子電池通常可以提供400V和40Ah。在低的電池溫度，即在低于大約+10℃時，由于電池的高阻抗和鋰電鍍的風險，這些鋰離子電池表現出退化的性能并且具有有限的使用壽命。因此為了保護電池，需要對電池加熱，尤其是在大功率應用中。經由電力耗散元件(加熱器)產生的熱量被用于直接加熱電池，或用于經由用于對電池溫度進行熱管理的液體或氣體來加熱電池。然而由于需要加熱整個電池系統的熱質量，因此這并不是很有效。另一方法是使用通過電動機逆變器生成的紋波(ripple)。由于逆變器的限制或由于這可能造成EMC(電磁流)問題，因此這可能是不可能的，而在充電期間這也是不可能的。
技術實現思路
本專利技術的目的是要以改進的方式增加電池的使用壽命。可以通過用于保護電池的電池保護裝置實現此目的，所述電池保護裝置包括用于生成或抑制通過所述電池的紋波電流的電路，其中所述電路包括：-紋波生成器，被布置成產生紋波電流；-第一紋波注入器，要被布置在連接到電池的正電力線上，所述第一紋波注入器被布置成將所述紋波電流傳輸至所述正電力線；-第二紋波注入器，要被布置在連接到電池的負電力線上，所述第二紋波注入器被布置成將所述紋波電流傳輸至所述負電力線，其中，所述第一紋波注入器和所述第二紋波注入器中的每一個是變壓器或電容器，所述第一紋波注入器和所述第二紋波注入器被布置成運行在差分模式，所述電池保護裝置被布置成在兩個基本功能模式下工作，所述兩個基本功能模式為：純紋波注入模式，在該模式中，通過所述電路生成紋波電流，并且將所述紋波電流施加在所述電池上；紋波抑制模式，在該模式中，測量進入所述電池的不必要的引入紋波電流，并且在所述電池中注入具有相反符號的電流，電池管理單元或中央混合控制器被布置成控制電池保護裝置在純紋波注入模式和紋波抑制模式兩者下工作以及還控制電池保護裝置的設置。通過在電池中生成紋波電流，使用電池的內阻從內部加熱電池。這是很高能效的加熱方式。在電池芯的內部產生熱量。因此可以減少需要的加熱能量和/或加熱時間。通過抑制引入紋波，將會增加電池的使用壽命。而且，與現有系統相比，可以使用更簡單的冷卻系統。產生的熱量近似為電流平方函數。通過經由紋波消除使輸出峰值(即紋波)達到平均數，將會減少均方根(RMS)電流，其結果是產生了較少的熱量，所以減少了對于冷卻系統的冷卻需求。在一個實施例中，紋波發生器包括兩個由電源供電的半橋電路。所述半橋電路中的每一個包括兩個開關裝置，諸如MOSFET。可以替代地使用其它開關。對于和危險電壓(HV)一同工作的電池(即工作在60至1500VDC范圍中，更具體地在120-180VDC的范圍中的電池)的保護，本專利技術尤其適用。在一個實施例中，紋波發生器包括被布置成產生電脈沖的脈寬調制(PWM)驅動電路。PWM驅動電路被布置成驅動開關裝置。在一個實施例中，保護裝置包括被布置成將控制信號輸出至紋波發生器的信號處理器。在另一個實施例中，信號處理器被布置成接收來自指示電池溫度的溫度傳感器的第一輸入，并且使用第一輸入控制所述PWM驅動電路。在一個實施例中，保護裝置包括被布置成測量在所述正和/或負電力線中的電流的電流傳感器，其中所述信號處理器被布置成接收來自電流傳感器的第二輸入，并且使用第二輸入控制所述PWM驅動電路。在一個實施例中，電流傳感器包括變壓器(transformer)。使用變壓器的優點是其會以電感耦合的方式檢測AC電流，借此將不會影響在電流中的任何DC成分。在一個實施例中，第一紋波注入器和第二紋波注入器中的每一個包括變壓器和電容器中的至少一個。這些類型的組件相對容易安裝和裝載。可以經由非接觸電感耦合進行連接。在一個實施例中，紋波發生器被布置成產生與施加在所述電池的電壓異相的無功紋波電流。因此可以將損耗(熱量)集中在電池內的電阻部分。在一個實施例中紋波生成器被布置成吸收在電力線上的紋波電流，并且將此能量釋放到電源中。此電源可以是車輛中的標準的12或24V電源。這將會增加車輛的總體的效率。作為結果，可以從HV至12或24V按比例縮小普通的DC/DC轉換器。本專利技術還涉及包括如上所述的電池和保護裝置的電氣動力裝置。最后，本專利技術涉及保護電池的方法，所述方法包括通過下面的步驟來生成或抑制通過電池的紋波電流，通過：-經由變壓器或電容器，在連接到電池的正電力線上注入第一紋波電流；-經由另外的變壓器或另外的電容器，在連接到電池的負電力線上注入第二紋波電流；其中所述第一紋波電流和所述第二紋波電流具有相反的符號，所述方法包括：在兩個基本功能模式下工作，所述兩個基本功能模式為：純紋波注入模式，在該模式中，通過電路生成紋波電流，并且將所述紋波電流施加在所述電池上；紋波抑制模式，在該模式中，測量進入所述電池的不必要的引入紋波電流，并且在所述電池中注入具有相反符號的電流，電池管理單元或中央混合控制器被布置成控制電池保護裝置在純紋波注入模式和紋波抑制模式兩者下工作以及還控制電池保護裝置的設置。附圖說明將以示例的方式并且參照附圖在以下進一步描述本專利技術。圖1是本專利技術的第一實施例的示意圖。圖2是本專利技術的第二實施例的示意圖。具體實施方式圖1示意地示出了經由正電力線3和負電力線4連接到端子單元2的電池1。通過保護裝置預防電池1過高或過低的溫度。在實施例中，保護裝置包括紋波生成器5和可以連接到電池1的溫度傳感器7的數字信號處理器6。請注意，如果電池1不具有合適的傳感器，則可以將合適的溫度傳感器添加到保護裝置以測量溫度。溫度傳感器可以是例如溫感電阻，參見圖1中的R1。在本實施例中，紋波生成器5包括四個MOSFET11、22、13、以及14。生成器5還包括被布置成控制MOSFET11、12、13、14的脈沖寬度調制(PWM)驅動電路15。四個MOSFET被布置在由外部12或24伏特電源供電的兩個半橋中。此電源可以是已經存在于車輛中的12/24V電池。如在圖1中所見，將齊納二極管16、17、18、以及19并聯到每個MOSFET11、12、13、14。在圖1的實施例中的保護裝置還包括是變壓器21的第一紋波注入器21和是變壓器22的第二紋波注入器22。變壓器21的連接點21-3連接到MOSFET11與MOSFET12之間的線。變壓器21的連接點21-4連接到變壓器22的連接點22-2。變壓器22的連接點22-1連接到在MOSFET13與MOSFET14之間的線。在圖1的實施例中的保護裝置還包括用作測量通過電力線3、4的電流的電流傳感器的第三變壓器23，典型地為Rogowski線圈。變壓器23的連接點23-3和連接點23-4連接到數字信號處理器6的輸入。以上描述的保護裝置可以運行在兩個基本功能模式下：模式1：純紋波注入。在此模式下，通過生成器5生成紋波電流，并且將紋波電流施加在電池1上。通過有源地將紋波電流施加在電池上，使用電池的內電阻從內部加熱電池。因此，可以減小所需要的加熱能量和/或加熱時間。優選地，將無功紋波電流施加到電池1。無功意味著本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于保護電池（1；41）的電池保護裝置，所述裝置包括用于生成或抑制通過所述電池的紋波電流的電路，其中所述電路包括：?紋波生成器，被布置成產生紋波電流；?第一紋波注入器（21；48），要被布置在連接到所述電池的正電力線上，所述第一紋波注入器被布置成將所述紋波電流傳輸到所述正電力線；?第二紋波注入器（22；49），要被布置在連接到所述電池的負電力線上，所述第二紋波注入器被布置成將所述紋波電流傳輸到所述負電力線上，其中，所述第一紋波注入器和所述第二紋波注入器被布置成在差分模式下工作，例如，注入電流符號相反。

【技術特征摘要】
2011.09.14 EP 11181237.61.一種用于保護電池(1；41)的電池保護裝置，所述電池保護裝置包括用于生成或抑制通過所述電池的紋波電流的電路，其中所述電路包括：-紋波生成器，被布置成產生紋波電流；-第一紋波注入器(21；48)，要被布置在連接到所述電池的正電力線上，所述第一紋波注入器被布置成將所述紋波電流傳輸到所述正電力線；-第二紋波注入器(22；49)，要被布置在連接到所述電池的負電力線上，所述第二紋波注入器被布置成將所述紋波電流傳輸到所述負電力線上，其中，所述第一紋波注入器和所述第二紋波注入器中的每一個是變壓器或電容器，所述第一紋波注入器和所述第二紋波注入器被布置成在差分模式下工作，所述電池保護裝置被布置成在兩個基本功能模式下工作，所述兩個基本功能模式為：-純紋波注入模式，在該模式中，通過所述電路生成紋波電流，并且將所述紋波電流施加在所述電池(1；41)上；-紋波抑制模式，在該模式中，測量進入所述電池(1；41)的不必要的引入紋波電流，并且在所述電池(1；41)中注入具有相反符號的電流，以及電池管理單元或中央混合控制器被布置成控制所述電池保護裝置在所述純紋波注入模式和所述紋波抑制模式兩者下工作以及還控制所述電池保護裝置的設置。2.根據權利要求1所述的電池保護裝置，其中所述紋波生成器包括兩個由電源供電的半橋電路。3.根據權利要求2所述的電池保護裝置，其中所述的半橋中的每一個包括兩個開關裝置。4.根據權利要求3所述的電池保護裝置，其中紋波生成器包括用于生成電脈沖的脈寬調制驅動電路，所述脈寬調制驅動電路被布置成驅動所述開關裝置。5.根據前述權利要求中任一項所述的電池保護裝置，其中所述電池保護裝置包括用于將控制信號輸出至所述紋波生成器的信號處理器。6.根據權利要求4所述的電池保護裝置，其中所述電池保護裝置包括用于將控制信號輸出至所述紋波生成器的信號處理器，并且其中所述信號處理器被布置成接收來自指...

【專利技術屬性】
技術研發人員：耶斯佩爾·馬爾滕格，
申請(專利權)人：V二插電式混合動力汽車合作伙伴，
類型：發明
國別省市：