[发明专利]用于平衡储能模块的设备和方法

说明书

本发明涉及一种用于平衡具有多个串联连接的储能电池的储能模块的设备，所述设备包括用于与储能模块的监控电子装置通信的接口、用于基于相应储能电池电压和相应静态电压特性曲线为每个储能电池确定相对电荷量的电荷确定装置、用于通过求取相应储能电池的相对电荷量与已针对其确定最低相对电荷量的储能电池的相对电荷量之间的差为除了已针对其确定最低相对电荷量的储能电池之外的每个储能电池确定相应相对平衡需求并且用于为每个储能电池确定绝对平衡需求的平衡需求计算单元、放电电路，其构造用于这样与储能模块连接，使得借助该放电电路可将相应储能电池单独放电，和控制装置，其可这样控制放电电路，使得从相应储能电池提取所确定的相应绝对平衡需求。

技术领域

本发明涉及一种用于平衡储能模块的设备以及一种用于平衡储能模块的相应方法，所述储能模块具有多个串联连接的储能电池。此外，本发明涉及一种机动车、尤其是电动车辆或混合动力车辆，其包括储能模块和用于平衡储能模块的设备。

背景技术

电动车辆或混合动力车辆配备有储能模块、如高压储存器，其储存用于驱动电驱动马达所需的电能并提供给电驱动马达。高压储存器包括多个储能电池，所述多个储能电池例如构造为锂离子电池或锂离子蓄电池并且例如可串联连接。

为了给具有串联连接的储能电池的储能模块充电，通过连接到相应的电流源或电压源上从外部向串联连接的储能电池供应电能。在此为避免过电压损坏储能模块，通过监控相应的储能电池电压和相应的充电控制来限制充电，使得储能电池电压均不大于预定上限电压阈值。此外，为了避免储能电池的深度放电，也在储能模块放电时——例如为了将电能供应给耗电器、如电驱动马达——监控相应的储能电池电压并且通过相应的控制来限制放电过程，使得储能电池电压均不小于预定下限电压阈值。

因此，储能模块的最大可用总能量由这样的储能电池决定，其电压在充电和放电情况下首先达到上限电压阈值或下限电压阈值。在充电情况下，具有最高储能电池电压的储能电池首先达到上限电压阈值并且因此基于串联连接限制了所有储能电池的充电。

相应的储能电池电压在负载状态中、即储能电池的主反应电流不为零时由储能电池的相应静态电压和相应储能电池的相应极化过电压组成。静态电压与储能电池的电荷状态直接相关，电荷状态可通过各种已知方式确定并且通常以相对于最大可用总电荷的百分比表示。极化过电压主要取决于储能电池阻抗以及用于充电的充电电流并且在充电情况下与静态电压相加。因此这部分电压也限制储能电池的充电。在放电情况下，极化过电压会降低储能电池的静态电压。因此这部分电压也限制储能电池的放电。

为了增加储能模块的最大可用总能量，可平衡储能模块。在此如果所有储能电池的电荷状态在完全循环时具有相同的值，则通常认为储能模块是平衡的。下面将其称为满足现有技术的平衡条件。

在根据现有技术的平衡中，借助相应的平衡装置通过对各个储能电池进行放电(借助并联连接到相应储能电池的相应电阻)、或者通过各个储能电池之间的电荷转移或通过各个储能电池与整个储能模块之间或各个储能电池和外部电能储存器之间的电荷转移来平衡各个储能电池的电荷状态。

在第一种情况下，各个储能电池的放电从储能模块的静止状态开始进行，在该状态下各个储能电池电压是弛豫的。尤其是在通常的储能模块的平衡中，除了具有最低静态电压的储能电池之外，每个储能电池都放电，直到其电压水平等于具有最低储能电池电压的储能电池的电压水平。在通常的平衡方案中没有考虑到储能电池的阻抗。

为了给具有串联连接的锂离子储能电池的储能模块充电，通常使用CCCV(恒流恒压)充电方法。该CCCV充电方法包括顺序地经过第一CC(恒流)阶段和随后的CV(恒压)阶段。在CC阶段中充电电流首先保持恒定，直到储能模块中的一个储能电池达到上限电压阈值。随后切换到CV阶段，在该阶段中保持上限电压阈值并且为此充电电流呈指数衰减。一旦充电电流降至极限值以下，则CV阶段以及整个充电过程将终止。