[发明专利]用于平衡蓄电池的蓄电池单池的充电状态的方法及用于实施该方法的蓄电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于平衡具有至少一个蓄电池模块组的蓄电池的蓄电池单池的充电状态的方法，在该蓄电池模块组中的蓄电池模块包括耦合单元，并且涉及一种在其中可实施依据本发明的方法的蓄电池。

背景技术

将来，无论是在静态的应用还是在诸如混合动力和电动车辆的车辆中都将应用越来越多的蓄电池系统。为了能够满足针对相应的应用所给出的关于电压和可提供的功率的要求，将串联连接较大数量的蓄电池单池。因为由这样的蓄电池所提供的电流必须流经所有的蓄电池单池并且蓄电池单池仅能够承受有限的电流，所以通常还附加地并联连接一些蓄电池单池，以便提高最大的电流。这将要么通过在蓄电池单池壳体中设置多个单池线圈或者通过外部地连接多个蓄电池单池来实现。然而，其中有问题的是由于不完全精确地相同的单池容量和单池电压将引起在多个并联连接的蓄电池单池之间的平衡电流。

例如在电动和混合动力车辆或者在诸如风力发电设备的转子叶片调节的静态的应用中所使用的普通的电驱动单元的原理图如图1所示。蓄电池10连接至直流电压中间电路，该直流电压中间电路通过中间电路电容器11来缓冲。连接至该直流电压中间电路的是一个脉冲逆变器12，其通过分别两个可控的半导体阀和两个二极管来将用于电驱动电机13的相互间相移的正弦电流提供给三个量取点14-1、14-2、14-3。中间电路电容器11的电容必须足够大，以便将在该直流电压中间电路中的电压稳定一段时间，在该段时间中将连接这两个可控的半导体阀中的一个。在实际的应用中诸如电动车辆中将得到范围为mF内的高的电容。

在图1中所示出的在此的缺点在于在蓄电池10中的最弱的蓄电池单池将确定其可达范围并且单个的蓄电池单池的缺陷已经能够导致整个车辆的趴窝。此外，在脉冲逆变器中对高的电压的调制也将导致高的开关损耗并且因为由于高的电压而典型地使用的绝缘栅双极型晶体管开关必然同样带来极高的导通损耗。

此外，缺点还在于包含在系统中的蓄电池单池或者模块由相同的电流来导通并且因此并不能单独地可加以控制。因此，不存在对单个的蓄电池单池的不同的状态施加影响的可能性。

此外，出自现有技术的用于在单个的蓄电池单池或者包含其的模块之间平衡不同的充电状态（SOC）的方法是已知的。该方法通常以以下条件为前提，即在蓄电池单池和所连接的负载之间存在能量交换。而在电动车辆静止即在不向负载提供任何能量时或者从其吸收能量时，借助于该方法来平衡不同的充电状态是不可能的。

发明内容

因此，依据本发明提供了一种用于平衡蓄电池的蓄电池单池的充电状态的方法，所述蓄电池包括至少一个具有多个串联连接的蓄电池模块的蓄电池模块组。串联连接的蓄电池模块中的每个包括至少一个蓄电池单池、至少一个耦合单元、第一连接端和第二连接端并且被构造为根据所述耦合单元的控制而采用至少两个开关状态中的一个。在此，不同的开关状态相应于在所述蓄电池模块的所述第一连接端和所述第二连接端之间的不同的电压值。因此，在所述开关状态中的每个之下可量取在所述蓄电池模块的所述第一连接端和所述第二连接端之间的另一个电压值。

依据本发明的方法包括以下步骤：在第一方法步骤中通过对所述蓄电池模块组的所述蓄电池模块的合适的控制来提供所述蓄电池模块组的第一（并非必须为恒定的）输出电压并且在第一时间间隔期间将所述第一输出电压施加至电感，从而提高流经所述电感的电流。由此将依据W=0.5L*I²来存储在所述电感中的场能，其中，L为所述电感的自感并且I为在所述第一时间间隔的结束时流经所述电感的电流。

在第二方法步骤中，通过对所述蓄电池模块组的所述蓄电池模块的合适的控制来提供所述蓄电池模块组的第二（再次非必须为恒定的）输出电压并且在第二时间间隔期间将所述第二输出电压施加至所述电感。在此，所述第二输出电压具有与所述第一输出电压相反的极性。在所述第二输出电压的提供中不仅有如在所述第一输出电压的提供中所参加的相同的蓄电池模块参加。

在所述第一方法步骤期间在所述电感中所存储的场能将在所述第二方法步骤期间被用于在参加所述第二输出电压的所述提供的蓄电池模块中用于电荷分离，使得所述蓄电池模块在所述第二时间间隔消逝后具有比之前更高的充电状态。

通过优选地多个蓄电池模块参加所述第一输出电压的所述提供将能达到将能量从具有更高的充电状态的蓄电池模块转移至具有更低的充电状态的所述蓄电池模块，所述多个蓄电池模块具有比参加所述第二输出电压的所述提供的蓄电池模块更高的充电状态。

典型地，所述第二时间间隔直接在所述第一时间间隔之后并且所述方法周期性地重复。