[发明专利]用于存储电能的、具有单元的电荷平衡的系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分详细限定的类型的、用于存储电能的系统。此外，本发明还涉及一种用于存储电能的方法。 

背景技术

由通常的现有技术已知了用于存储电能的系统、并且在此特别是用于存储电动车辆中或特别是混合动力车辆中的牵引电能的系统。以典型的方式，这种用于存储电能的系统包括单独的存储单元，存储单元例如彼此电串联和/或并联。 

原则上，可以考虑不同类型的蓄电池单元或电容器单元作为存储单元。由于在存储和获取能量时，在车辆的、在此特别是商用车的传动系中应用时，能量总量和特别是功率相对较高，因此优选地将能量存储量和功率足够高的那些存储单元用作存储单元。在此例如可以使用锂离子技术中的蓄电池单元，但或者特别是功率非常强的双层电容器形式的存储单元。这种电容器在本技术领域中通常也称为超级电容器、Supercaps或Ultra-Capacitors。和现在是否使用具有高能量存储量的传统类型的超级电容器或蓄电池单元无关，在这种由多个可以总体上或以单元组形式彼此串联的存储单元组成的系统中，单个存储单元的电压取决于结构类型地限制于上电压值或者说阈电压。如果例如在对用于存储电能的系统充电时超过了该上电压值，那么通常会迅速缩短存储单元的使用寿命。 

基于预定的制造公差，单独的存储单元在其特性、例如自放电方面在实际中典型地彼此略微偏差。这导致在用于单独的存储单元的运行中可以产生比系统中的其它存储单元小一些的运行电压。然而由于对于总的系统的最大电压通常保持相等，并且最大总电压特别在充电时是典型的控制标准，因此这不可避免地导致了，其它的存储单元具有高一些的电压并且在充电过程中然后超过允许的特殊的最大电压极限充电，而这些存储单元和具有较低的运行电压的存储单元串联。如上面已经提到的那样，这种过压导致这些单独的存储单元和进而是用于存储电能的系统的可能的使用寿命显著缩短。 

另一方面，在其电压方面剧烈下降的存储单元在用于存储电能的系统中在循环的运行中换极，这同样迅速缩短使用寿命。 

为了解决该问题，一般的现有技术主要认识到两种不同类型的所谓的单元电压补偿。“单元电压补偿”的通常普遍的专业术语在此略微产生了误导，这是因为在此然而并不将单独的存储单元的电压或更确切地说是能量存储量彼此间进行补偿，而是仅仅使具有高电压的单元在其过高的电压方面减小。由于用于存储电能的系统的(多个)总电压保持固定，然而因此可以通过所谓的单元电压补偿使在其电压方面减小的单元随着时间推移再次在其电压方面升高，从而至少由此至少减小了换极的危险。 

在一种被动的单元电压补偿中，电阻并联于每个单独的存储单元并且因此使得用于存储电能的系统持续不期望地放电并且也被加热，除了这种被动的单元电压补偿，也使用了一种主动的单元电压补偿。在此除了并联于每个单独的存储单元的电阻之外，电子阈值开关并联于存储单元并且串联于电阻。如果单元的运行电压处于预定的阈电压之上，则这个也被称为旁路电子装置的结构因此仅仅总使得电流流动。一旦单独的存储单元的电压再次下降到预定的阈电压以下的区域中，则断开开关并且不再有电流流动。电阻通过开关总是经受外力，基于该事实，如果单独的存储单元的电压在预定的极限值以下，则也可以尽可能避免用于存储电能的总系统的不 期望的放电。持续的、不期望的热产生在主动单元电压补偿的这种解决方式中也不是问题。 

然而通过这种主动的单元电压补偿不会在实际上补偿单元的各个单独的电压，而是在超过阈电压时，利用一个小的旁路电流对存储单元放电，从而通过慢慢地降低过电压来限制超过的情况。其中，该旁路电流一直流过，直到用于存储电能的系统再次放电，因为在此会降到相应的电压极限以下，并且开关被再次断开。这特别是在应用循环运行时显示出例如混合动力驱动装置，因为在这些应用情况下，当缺乏余热回收效果，并且高强度Boost升压运行，存储器未完全充满电时，只能非常短暂地或者也可能更长时间内根本都达不到各个存储单元的阈电压。这就阻碍了单元电压补偿的运行，并且特别是带来了深度放电或者各个单独的存储单元换级的危险，且运行电压较低，而其它单元的运行电压过高。 

在所描述的混合动力驱动装置中，和这里特别是用于像城市交通/短途交通中的公共汽车这样的商用车的混合动力驱动装置中，用于存储电能的系统的寿命具有至关重要的意义。和在通常的传动系中在适合于这种应用的功率级中不同的是，用于存储电能的系统占据了用于混合驱动的成本的显著部分。因此，在这种应用中获得非常高的使用寿命是特别重要的。 

发明内容