用于对储能器充电或放电的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于借助于流经所有电池单元(3‑7)的串联充电电流((I

Method for charging or discharging the accumulator

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对储能器充电或放电的方法本专利技术涉及一种用于借助于流经所有电池单元的串联充电或放电电流对具有至少一个由多个串联的电池单元组成的单元块的储能器充电或放电的方法，其中，至少一些电池单元可以具有不同的电容。如果储能器(蓄电池)由多个串联的、可再充电的电池单元组成，对于储能器的使用寿命来说重要的是，在储能器充电时每个单个的单元既不过充电也不充电不足，并且所有单元尽可能具有相同的充电状态。这尤其适用于由多个串联连接的锂离子电池、锂聚合物电池和/或磷酸铁锂电池构成的储能器。通常，这种储能器因此与通常也称为电池管理系统的设备连接，该设备一方面借助于充电控制装置持续地监控各个电池单元的充电状态，另一方面在各个电池单元具有不同的充电状态时试图平衡各个电池单元。电池单元的充电状态可以通过被动或主动平衡来平衡。此外，在已知的电池管理系统中，仅当至少一个电池单元被充满电时才开始电荷平衡，因此单元块的整个充电过程相对耗时。在被动平衡的情况下，达到其充电结束电压的电池单元首先经由电阻器将过剩能量转换为热，因此致使其在充电过程中损失。另一方面，在主动平衡的情况下，从具有过高电池单元电压的电池单元中移除的能量不被转换成热能，而是被用于为储能器的其他电池单元充电。然而，即使在主动平衡的情况下，电荷平衡也仅在单元块的电池单元中的至少一个已经达到其充电结束电压时开始。从EP1941594B1中已知一种用于借助由多个串联的电池单元组成的单元块给储能器充电的方法，其中提出，通过流经所有电池单元的串联充电电流给电池单元充电，并且通过附加的选择性充电过程以限定的方式给所选择的电池单元过充电。然后，将所选择的电池单元的充电状态调整为其他电池单元的充电状态。单元块优选地用于对所选择的电池单元进行选择性充电。对于铅或镍镉电池，对单个电池单元的这种过充电是可能的，但对于锂离子电池、锂聚合物电池和/或磷酸铁锂电池则不是这样，它们会立即被破坏。由DE102010017439A1已知一种用于以多个串联的电池单元对储能器充电的方法，其中，各个电池单元分别通过相应的连接在交流电压网上的辅助充电控制器充电，并且然后借助于这些辅助充电控制器在各个电池单元之间进行电荷平衡。最后，由DE102012020544A1已知一种用于以多个串联的电池单元对储能器充电的方法，其中，为了加速充电过程，除了流过所有单元的串联充电电流之外，还向蓄电池单元提供辅助充电电流，其中，测量相应的预先给定的充电状态的下降。为了对所选择的电池单元进行选择性充电，该方法优选地使用单独的DC源。在上述已知方法的情况下，为了确定相应的电池单元的相应的充电状态，测量其相应的单元电压，并且然后如果需要，当单元电压超过或低于预定的单元电压值时，启动不同充电状态的电池单元之间的电荷平衡。然而，存在的问题是，在电池单元的各个充电过程期间，单元电压基本上保持恒定，因此难以从单元电压中得出关于相应电池单元的当前充电状态的结论。仅在达到相应的充电结束或放电结束电压之前不久，相应的电池单元电压才有相对强的上升或下降，其可以用于电荷平衡的相应控制过程。本专利技术的任务是，提供一种用于对储能器充电或放电的方法，该方法与已知的方法相比能够实现储能器的更可靠和更快速的充电或放电，尤其是在单元块的各个电池单元具有不同的电容时。还应当可以在充电或放电过程期间的任何时间指示每个电池单元的相应充电或放电状态。根据本专利技术，该任务在储能器的充电方面通过权利要求1的特征来实现，并且在储能器的放电方面通过权利要求2的特征来实现。此外，本专利技术的特别有利的设计在从属权利要求中公开。与已知的方法不同，其中通过测量单元电压来控制各个电池单元的充电，并且基于所测量的单元电压，仅当至少一个电池单元充满电时才执行各个电池单元之间的电荷平衡，本专利技术提出以规则的间隔测量单元块的N个电池单元的电容CN，并且基于所测量的电容和预定的C因子(最大充电电流IN；max与电容CN的商)来确定每个电池单元的充电电流。然后，这些充电电流被用于在由C因子预定义的充电时间t(t≤1/C)期间同时对N个电池单元充电。在这种情况下，具有与串联充电电流IO相当的最大充电电流的电池单元仅由串联充电电流充电；具有比串联充电电流大的最大充电电流IN；max的电池单元同时通过串联充电电流和通过辅助充电电流IN进行充电，所述辅助充电电流IN能够通过辅助充电/放电装置从单元块移除，其中IN＝IN；max-IO；以及具有比串联充电电流IO小的最大充电电流IN；max的电池单元由串联充电电流充电，其中，超过所述最大充电电流IN；max的电流，IO-IN；max，作为辅助放电电流由辅助充电/放电装置同时提供给单元块。例如，如果由于能量源的低可用电压，计算的最大充电电流(IN；max)都大于可用的串联充电电流(IO)，则所有电池单元同时用充电电流进行充电，所有充电电流的值具有与计算的最大充电电流(IN；max)相比的相同的比率。相应地，上述内容适用于储能器的放电。只有电流方向是相反的，即充电电流现在变成放电电流，辅助充电电流变成辅助放电电流，而辅助放电电流变成辅助充电电流。当使用根据本专利技术的方法时，所有电池单元在充电或放电期间关于它们各自的有用容量具有相同的充电状态。这使得可以在任何时候指示该单元块的每个电池单元的与该单元块的最大充电或放电状态相关的相应充电状态。该方法的最大充电或放电时间由关系tmax＝1/C导出，并且对于所有的电池单元是相同的，并且明显比基于已知方法的短。如果观察该充电或放电时间，则不会发生各个电池的过充电或充电不足。由于所有的电池单元，不管它们各自的电容如何，在最大充电时间之后相对于它们各自的有效容量具有相同的充电状态，因此不需要额外的主动或被动平衡。在本专利技术的第一优选实施例中，规定，选择串联充电电流，使得，具有最小电容的电池单元以其最大充电电流充电，并且其他的单元，除了串联充电电流之外，分别以最大辅助充电电流充电，该最大辅助充电电流由相应的电池单元和具有最小电容的电池单元的电容之间的差产生。在第二实施例中规定，选择串联充电电流，使得，其对应于由所有电池单元确定的平均电容的最大充电电流。在充电过程中，串联充电电流的一部分然后通过为具有比平均电容更低的电容的那些电池单元分配的辅助充电/放电装置被提供回到单元块。另一方面，具有比平均电容高的电容的电池单元同时由串联充电电流和辅助充电电流充电。在第三实施例中，针对串联充电电流被选择指定规定，使得，具有最高电容的一个或多个电池单元以其最大充电电流被充电。在此，其他的单元仅部分地通过串联充电电流充电，并且串联充电电流的相应的过剩电流份额通过所分配的辅助充电/放电装置输送回单元块。为了使储能器放电，上述三个实施例再次示出了仅电流方向改变，即，充电电流变为放电电流，辅助充电电流变为辅助放电电流，而辅助放电电流变为辅助充电电流。为了确保在没有耗时的中断的情况下执行储能器的预期充电和放电以确定电池电容，优选地，以特定时间间隔利用串联连接的电池单元自动执行电容测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于借助于流过所有电池单元(3-7)的串联充电电流(I

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171023 DE 102017009850.61.一种用于借助于流过所有电池单元(3-7)的串联充电电流(IO)对具有至少一个由多个串联连接的电池单元(3-7)组成的单元块(20)的储能器(2)进行充电的方法，其中，所述电池单元(3-7)中的至少一些能够具有不同的电容(CN)，该方法包括：
a)以预先给定的时间间隔，各个电池单元(3-7)的电容(CN)被测量并且被存储在监测和控制设备(14)的存储器中；
b)然后，在考虑预定的C因子(最大充电电流IN；max与所述电容CN的商)的情况下，通过所述监测和控制设备(14)确定表征各个电容(CN)的最大充电电流(IN；max)；
c)然后，在预定义的时间t≤＝1/C因子期间，以分配给这些电池单元(3-7)的所述最大充电电流(IN；max)同时对所述电池单元(3-7)充电，其中，
-具有与所述串联充电电流(IO)相当的最大充电电流(IN；max)的所述电池单元(3-7)仅由所述串联充电电流(IO)充电；
-具有大于所述串联充电电流(IO)的最大充电电流IN；max的所述电池单元(3-7)同时被所述串联充电电流(IO)和辅助充电电流IN充电，所述辅助充电电流IN能够经由辅助充电/放电装置(9-13)从所述单元块(20)移除，其中，IN＝IN；max-IO；以及
-具有小于所述串联充电电流(IO)的最大充电电流IN；max的所述电池单元(3-7)由所述串联充电电流IO充电，其中，超过所述最大充电电流IN；max的所述电流(IO-IN；max)作为辅助放电电流经由对应的辅助充电/放电装置同时供应至所述单元块(20)；
或者，如果计算的最大充电电流(IN；max)都大于可用的串联充电电流(IO)，则同时以充电电流进行充电，所有充电电流的值具有与所述计算的最大充电电流(IN；max)相比的相同的比率。


2.一种用于借助于流过所有电池单元(3-7)的串联放电电流(IO’)对具有至少一个由多个串联连接的电池单元(3-7)组成的单元块(20)的储能器(2)进行放电的方法，其中，所述电池单元(3-7)中的至少一些能够具有不同的电容(CN)，该方法包括：
a)以预先给定的时间间隔，各个电池单元(3-7)的电容(CN)被测量并且被存储在监测和控制设备(14)的存储器中；
b)然后，在考虑预定的C因子(最大充电电流IN；max与所述电容CN的商)的情况下，通过所述监测和控制设备(14)确定表征各个电容(CN)的最大放电电流(IN；max)；
c)然后，在预定义的时间t≤＝1/C因子期间，所述电池单元(3-7)以分配给这些电池单元(3-7)的所述最大放电电流(IN；max)放电，其中同时地，
-具有与所述串联放电电流(IO’)相当的最大放电电流(IN；max)的所述电池单元(3-7)仅通过所述串联充电电流(IO’)放电；
-具有大于所述串联放电电流(IO’)的最大放电电流IN；max的所述电池单元(3-7)通过所述串联放电电流(IO’)和辅助放电电流IN’同时放电，所述辅助放电电流IN’能够经由辅助充电/放电装置(9-13)从所述单元块(20)供应，其中，IN’＝IN；max-IO’；以及
-具有小于所述串联放电电流(IO’)的最大放电电流IN；max的所述电池单元(3-7)通过所述串联放电电流IO’放电，其中，超过所述最大放电电流的电流(IO’-IN；max)作为辅助充电电...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·沃尔特，
申请(专利权)人：本宁CMS技术公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE