[发明专利]具有两个支路、桥接不同数量的存储元件的电池的平衡

说明书

技术领域

本发明涉及对具有至少两个并联支路的电能蓄电池的元件进行电压平衡的领域。

更确切地，本发明涉及用于管理至少包括第一支路和第二支路的电能蓄电池的方法和装置，该第一支路和该第二支路并联地电连接并且各自具有串联地电连接的N个存储元件。

背景技术

在电动车辆中使用的(例如锂离子类型的)电池是通过一组存储元件(例如电化学电池单元)形成的，这些存储元件串联地组装以便达到由应用所要求的电压水平。另一方面，为了达到由应用所要求的容量水平，电池可以包括与这些存储元件并联的组件。这就是为什么通常的情况是电能蓄电池包括多个支路，这些支路在并联组件中彼此电连接并且各自包括在串联组件中彼此电连接的多个存储元件。支路的数量取决于所寻求的容量。沿每个支路串联连接的元件的数量进而取决于所寻求的电压。

当前的制造工艺不可能获得完全相同的存储元件，尤其是在例如其容量和其内电阻的特征方面。此外，这些元件在电池的使用寿命的过程中由于其在电池中的定位而曝露于不同的温度变化，这致使所述元件的老化不均匀。当相同的电流流经这些具有不同特征的元件时，所述元件变得不平衡，并且就这个意义而言其充电状态是不同的。

用于修正这种不平衡的电池管理装置是已知的，从而允许优化使用包含在电池中的能量(使用范围是通过较大程度充电的元件和较小程度充电的那些元件来确定的)。可以基于关于这些元件的充电状态(“SOC”)的信息或者基于所述元件的电压或空载电压来进行平衡。

目前使用的平衡方法是主动或被动的：

-被动(或耗散)平衡在耗散元件(电阻器)中对较大程度充电的存储元件进行放电，从而使得所述存储元件全都具有相同的充电状态；

-主动(或非耗散)平衡将较大程度充电的元件的能量转移至较大程度放电的元件，以便朝相同的充电状态收敛。

现今，‘被动’平衡系统的目的是在电阻器中消耗较大程度充电的电池单元的能量，并且因此它们不限制电池的元件组的充电：因此损失了能量。在电池放电过程中使用这种技术引起电池的电压降低，这引起为了使电池递送给定功率所必需的电流的增加并且不允许自主性增加。

相反，‘主动’平衡的目的是将较大程度充电的电池单元的能量分配至较小程度充电的电池单元并且可以获得自主性。主动平衡电路相对复杂并且通常使用例如变压器等能量传递器件。这些能量传递链具有不统一的转换率。

本发明涉及非耗散平衡的领域。

从文件EP1869748B1中已知一种平衡解决方案，该平衡解决方案描述了桥接包含在电池的每个模块中的多个电池单元、然后桥接所有模块的原理。然而，这种解决方案不是非常灵活，因为所有的模块和电池单元是独立于各个电池单元的实际需要来平衡的。这种解决方案的另外的主要缺点是，它只能当该电池不在使用时(即，只能在该电池断开连接并且既没充电也没放电时)进行，这是由于以下事实：连接和断开连接导致在电池的端子处的电压中的突然变化。

文件EP2363935A1描述了一种开关结构，其中，每一级都配备有三个开关。该平衡系统在第一时段过程中将一个支路的序数为n的存储元件并联连接至另一个支路的序数为n的存储元件。该平衡系统然后在第二时段过程中将主要支路的序数为n的存储元件并联连接至次级支路的序数为n-1的存储元件。该平衡系统然后在第三时段过程中将主要支路的序数为n的存储元件并联连接至次级支路的序数为n+1的存储元件。无论哪个时段，桥接仅考虑主要支路的一个级相对于次级支路的仅另一个级。平衡电流受限，这并不是完全令人满意的。另一方面，在每个时段，主要支路的每个级并联连接至次级支路的一个级，使得该平衡解决方案在特定于这些支路的不同存储元件的实际需要的适配和实施方面缺少灵活性。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于管理电池的策略，该策略克服了以上讨论的这些缺点。

第一目的具体是能够非耗散地(即，借助于电荷转移)平衡电池。

第二目的是比“非耗散平衡”类型的当前解决方案以更低的成本提供一种更简单的解决方案。

第三目的是提供一种灵活的解决方案，使得能量能够在电池的任何元件之间传递，无论该电池是否处于使用中。

第四目的是提供一种解决方案，该解决方案提供短的平衡持续时间并且改善对分开考虑的存储元件的实际需要的适配。

我们将在申请人接受之后在此重新复制权利要求书

附图说明