[发明专利]用于平衡多个蓄电池的不同的充电状态的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于平衡多个蓄电池的不同的充电状态的方法。

背景技术

锂离子技术的蓄电组应用于混合动力车辆和电动车辆中，该蓄电池组由大量串联连接的电化学的蓄电池单池组成。能够借助于蓄电池管理系统来监控这种包括多个蓄电池模块的蓄电池组。蓄电池管理系统一方面监控能够具有多个蓄电池模块的蓄电池组，另一方面确保蓄电池组的蓄电池模块的尽可能高的使用寿命。

为了确保蓄电池组的每个蓄电池模块的高的使用寿命，尽管自放电不同但是每个蓄电池单池的充电状态（State of Charge：SoC）应该相互协调。这通过合适的单池均衡得以实现，单池均衡一般是电阻式的，即在使用至少一个电阻的情况下实现，其也被称作“单池平衡（cell balancing）”。为此，给每个蓄电池单池分配至少一个电阻和至少一个开关元件，以使得每个蓄电池单池能够针对性地通过该至少一个电阻进行放电，该电阻也被称作“平衡电阻”。

除了每个蓄电池单池的不同的自放电率以外，由于生产多样化蓄电池单池的容量也彼此有偏差。这种效应在使用寿命开始时是可忽略的小的，但是在蓄电池单池的使用寿命的进程中由于单元老化的不同能够增大并且导致在蓄电池单池之间的容量差异能够出现若干个百分比。

已知的是，蓄电池管理系统用于监控蓄电池的充电状态。除了安全性监控外还应该确保尽可能高的蓄电池的使用寿命，并且保证每个蓄电池单池的充电状态的相互协调。这通过合适的单池均衡，即所谓的“单池平衡（cell balancing）”实现。单池均衡或者充电状态的平衡一般电阻式地实现。为此给每个蓄电池单池分配电阻和开关元件，以使每个蓄电池单池能够有针对性地放电。由DE10200600022394A1已知一种用于具有多个单池的能量源的荷电平衡的装置，其中，多个单池与用于荷电平衡的放电单元连接，该放电单元为这些蓄电池单池至少部分地放电。但是根据现有技术这也是可能的，即单池平衡电容式地，即通过连接的电容或者电感式地，即借助于连接的电感来实现。在这两种情况下，能量能够在多个单池之间以限制的效率进行交换，而能量在电阻式的单池平衡时只能以热量的形式交换并且因此流失。

已知的是，随着充电状态上升，最大允许的充电功率下降，而最大允许的放电功率升高。出于这种原因，按照背景技术这是值得向往的，用于混合动力车辆和电动车辆的蓄电池组在50%的充电状态下运行。但是通常在实际中使用运行范围，例如在40%和60%之间的充电状态。对于“插入式混合动力（plug-in-hybride）”工作范围相应地更大，例如10%到90%的充电状态。

常见的平衡策略试图实现所有的蓄电池单池的始终相等的充电状态（SoC）。为了达到这个要求，通常所有蓄电池单池被均衡到相等的稳定电压。该策略在具有几乎相等的容量的还很新的蓄电池单池上是合理的。然而但是对于不同容量的蓄电池单池，如由于生产多样化和老化而出现的，这种平衡策略由于平衡会造成不必要的能量损失。

在蓄电池系统中，其中每个蓄电池单池的容量是未知的并且实现用于公共的充电状态（SoC）的电阻式的单池平衡，则整个待平衡的电荷非常大，因为多余的电荷通过平衡电阻被导出，其过分地考虑平衡每个蓄电池单池的不同的自放电。

根据图1所示，未详细示出的蓄电池模块的两个不同的蓄电池单池16、18初始地具有充电状态10（SoC），该充电状态为50%，其中第一蓄电池单池16的容量小于第二蓄电池单池18的容量。基于该在第一步骤中观察的状态，在第二步骤中进行两个蓄电池单池16和18的充电过程12，在该充电过程期间两个蓄电池单池16、18的当前的充电状态（SoC）上升，如步骤2表示的那样。在充电过程中，第一蓄电池单池16的当前的充电状态24上升，超过第二蓄电池单池18具有的当前的充电状态24。因此根据图1所示在第2步骤中第一蓄电池单池16进行放电22，从而在第3步骤中相互平衡的蓄电池单池的两个充电状态24再次相等。