[发明专利]电池系统

说明书

本发明涉及一种电池系统，该电池系统具有：一个电池，其具有至少一个第一电池元件、至少一个第二电池元件、以及位于第一电池元件与第二电池元件之间的中央分接头；具有用于在第一电池元件与第二电池元件之间进行转换的多个切换元件的电源转换开关；以及与电池电连接的至少一对输出端子，其中中央分接头具有安排在其上的一个第一电容存储器，第一电容存储器具有由第一电池元件和/或二电池元件提供的、根据第一电池元件电压和/或第二电池元件电压的存储电压，在出现存储电压的期间，存储电流从最大值降到零值，在存储电流基本为零、且存储电压基本已达到最大值时能够进行多个切换元件中的至少一个切换元件的转换。此外，本发明涉及相应的方法。

技术领域

本发明涉及一种电池系统，该电池系统本质上允许无损耗的切换，并提供自动充电均衡。

背景技术

电动驱动的车辆通常配备有为车辆运行提供必要的电力的电池。在此情况下，电池可以是由多个电池元件或电池单元构成的，每个电池元件或电池单元提供相应的电池元件电压。由多个电池元件构成电池的一个问题是在运行过程中的这些电池元件的均匀加载。复杂的电路可以允许电池元件的均匀加载。

此外，不同对的电池分接头之间的转换是一个关键的过程，需要电路设计中的适当预防措施，并且由此产生了成本。转换导致了切换损耗，并且由于有限的转换速度而需要针对切换元件的复杂的保护电路(例如半导体)，保护电路在转换过程中引导过电压并维持电流的流动。另外，转换过程是电波传递引起的电磁兼容性(EMC)问题的一个主要原因。具体地，绝缘栅电极双极晶体管(IGBT)具有缓慢切断响应(所谓的拖尾电流)，并且在多对电池分接头之间的转换中产生长的切换间隙(空闲时间)。在还包括马达逆变器的机动车辆的典型高压电路中，例如，切换损耗超过半导体中的纯电阻性损耗或线路损耗。

在第一个近似值中，切换损耗是由两个分量构成的。第一分量在转换期间与电流和电压大致成正比。由于几百伏的高电压(例如400V或800V)，另外有可能例如在半导体的结电容上有电容电荷逆转作用，由于对电压的二次方依赖性而显著失去重量。可以由以下公式来确定切换损耗：

DE 10 2011 077 664 A1披露了一种能量存储系统，该系统具有多个串联连接的存储装置以及用于使各个存储装置的电量状态均化的装置，其包括至少一个DC/DC电压转换器(DC/DC转换器)。

DE 10 2013 001 466 A1披露了一种具有多个电池单元的电池，其中，每个电池单元都包括放电电路以及用于在未达到各电池单元的临界极限电压时打开放电开关的辅助电路。

DE 10 2014 012 068 A1披露了一种用于加热电池的方法，该电池具有包括多个电池单元的串联电路，其中，该串联电路的起始和终点是经由电容存储器联接的。

EP 2 506 390 A1披露了一种用于具有多个电池单元的电池的电池控制器，其中，每个电池单元都具有一个用于测量电压的关联电路，该电路具有一个电容器。该电池控制器可以根据电量状态而在这些单独的电池单元之间转换。

EP 1 901 412 A2披露了用于具有多个电池单元的电池的电池管理系统，其中，每个电池单元都具有一个用于充电的设备，并且根据电量状态来充电或放电。

EP 2 053 717 A2披露了一种用于具有多个电池单元的电池的放电控制器，其中，每个电池单元都具有一个放电电路以及用于测量电压的设备。另外，在这些不同的电池单元之间存在有切换设备和控制单元。

WO 2013 037 633 A2披露了一种用于在电池系统的电池模块之间均衡电量差异的方法。在此情况下，当电池系统放电时，能量存储在一个中间电路电容器中，并从该中间电路电容器供应至具有低电量状态的电池模块。