连接的电能存储单元的电压监控制造技术

一种电压监控电路被连接以监控比串联堆叠能量存储单元中的所有单元少的单元的电压。使用电压均衡器平衡在该堆叠中的独立单元电压，使得任何一个单元的电压或所选择的单元的组合的电压表示堆叠中的每个独立单元的电压。因此监控所选择的单元的电压可取代监控独立单元电压。电压监控电路可与电压均衡器中的一个结合在一起。在一个示例性的实施例中，每个能量存储单元都是双层电容器单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于充电和平衡串联堆叠连接的能量存储单元的电压的电路，并且，更具体地，涉及用于监控模块的多个独立可再充电单元的电压的电路。
技术介绍
能量存储装置通常被构造为串联连接的多个独立单元。串联连接的单元可以设置在模块中，使得模块提供比可从每个独立单元获得的额定工作电压更高的额定工作电压。当对模块充电时，不同的接受电荷的速率会导致一些单元具有高于其他单元的电压。类似地，独立单元可具有不同的放电特性和内部泄露电流，导致在放电周期期间和在模块不使用(例如，存储时期)期间独立单元上的电压差。由于至少以下两个相关的原因，跨接在同一模块的多个单元上的电压差是有问题的。首先，电压差可导致一些单元被充电到高于额定电压。单元上的过多的电压(过压)会缩短单元寿命，从而，缩短模块的寿命。过压还可以导致单元(从而导致模块)的灾难性故障。为了避免这种故障，许多模块的制造商通过将最大的模块额定电压设置到多个构成单元的额定电压的总和之下来提供安全容限。该方法降低了模块的能量容量。此外，在模块的使用寿命期间，电压差会累积，最终在模块被充电时导致过压。因此设置适当小的安全容限并不是安全的解决方案。其次，一些单元上的过压可导致在其他单元中低于平均电压(欠压)。于是，具有低电压的单元接受较少的能量并且利用不足，也导致模块的较低的存储能量容量。由此可见，理想地，模块的所有单元都应该相同，以使得所有单元都以相同的速率接受和释放电荷，并且具有彼此紧密跟踪的电压。然而，实际上，每个单元的单元特性都可能显著地不同。当单元没有相互“匹配”时，尤其如此。在模块制造过程中，匹配模块的单元是额外的步骤，其增加了模块的成本。此外，原始匹配几乎未曾完美过；并且越接近指定的匹配，匹配步骤变得越昂贵。同等重要的是，由于随着充-放电循环和实足年龄而导致的日益增加的其性能特性的分散性，甚至紧密匹配的单元可能会不同地老化。为了减少与独立单元的电压不平衡相关的问题，一些模块采用电压平衡器(也称作电压均衡器)跨接在单元上。这些装置有助于使单元间的电压变化保持较低。本领域中已知的电压均衡器包括回扫电路、并联电路、以及开关电容器电路。电压均衡器的存在不一定防止单元过压。例如，整个模块仍然可被过度充电，导致过压被平均地跨接分布在模块的所有单元上。这在从具有相对较高的电压的单元除去电荷并将除去的电荷转移到具有相对较低的电压的单元的电压均衡器的情况下尤其如此。一些回扫电路均衡器和开关电容器均衡器典型地是这种情况。在一些应用中，为了减小单元过压的可能性，以及其他原因，可以使用连接至每个独立单元的电压监控电路来监控独立单元电压。电压监控可单独使用，或与电压均衡一起使用。例如，一些并联电压均衡器包括控制跨接独立单元的并联连接(分路)的电压监控器。当单元电压超过某一预置电平时，跨接单元两端的分路被激活，限制流入该单元的电流，或者从该单元吸收电流。但是电压均衡器电路中的电压监控限于与单个的参考阈值进行比较。此外，已知的电压均衡器确实包括用于独立单元的电压监控电路，并且/或者不提供用于读取单元电压的输出。因此，出现了即使在电压均衡器已经存在的情况下的应用中也包括用于监控独立单元的电压的电路的需要，但是，提供用于监控每个独立单元的电压的单独电路会是相当昂贵的，特别是在具有大量单元的模块的情况下。因为总的模块电压可能比独立单元的电压高得多，所以提供用于监控模块的总电压(即，单元的串联组合的组合电压)的单个电路没有解决独立单元的过压问题。例如，具有42伏和50伏的额定输出的模块已经可得到或不久将可得到。能够监控高模块电压的电路将需要具有较高额定电压的元件，这不利地影响监控电路的成本、其复杂性、以及精度。因此，希望改进现有技术的限制。
技术实现思路
因此，存在能够用于监控串联组合的单元中的每个能量存储单元的电压的电路的需要，但是无需为每个单元构建单独的电路的附加花费。存在能够用于监控模块中的每个能量存储单元的电压的电路、并且不需要适用于总的模块电压的元件的另一个需要。本专利技术包括电气装置，其包括至少一个电压均衡器和电压监控电路。至少一个电压均衡器可被配置以平衡串联连接的多个能量存储单元中的独立单元电压，并且电压监控电路可被配置以监控多个能量存储单元的子集的电压。子集包括比多个能量单元的所有单元少的单元。该装置可进一步包括多个能量存储单元，例如双层电容器单元。在一些示例性实施例中，当单元的子集的电压与参考电压交叉(cross)时，电压监控电路提供一个或多个指示。例如，当子集的电压超过第一参考电压时，电压监控电路可提供第一指示，并且当子集的电压超过第二参考电压时，提供第二指示。在其他示例性实施例中，电压监控电路提供子集的电压的实时指示。可以连续或频繁地(即以某一预定的时间间隔)提供实时指示。在一个实施例中，电气装置包括至少一个电压均衡器，其被配置以平衡串联连接的多个能量存储单元的独立单元电压；以及电压监控电路，其被配置以监控多个能量存储单元的子集的电压，其中，子集包括比多个能量单元中的所有单元少的单元。电压监控电路能够在子集的电压与第一参考电压交叉时提供第一指示。电压监控电路进一步能够在子集的电压与第二参考电压交叉时提供第二指示。电压监控电路能够在子集的电压超过第一参考电压时提供第一指示。电压监控电路进一步能够在子集的电压超过第二参考电压时提供第二指示。电压监控电路能够提供子集的电压的实时指示。电压监控电路能够提供子集的电压的实时频繁的指示。电压监控电路能够提供子集的电压的实时连续的指示。单元可提供驱动运载工具的能量，其中，电压监控电路能够提供表示子集的电压的读数，电气装置进一步包括能够将该读数变换为运载工具的剩余驱动范围的估计。至少一个电压均衡器可以由单个电压均衡器构成。至少一个电压均衡器可包括多个电压均衡器。至少一个电压均衡器可以包括第一电压均衡器；以及该第一电压均衡器和电压监控电路可被构造为单个单元。多个电压均衡器中的每一个电压均衡器都可被配置来平衡多个能量存储单元中的两个相邻的单元的电压。多个能量存储单元可包括两个以上能量存储单元；并且电压监控电路可被配置来监控正好两个能量存储单元的电压。电压监控电路可由多个能量存储单元的子集的电压供电。电压监控电路可由比多个能量存储单元中的所有单元少的单元的电压供电。至少一个电压均衡器可具有比电压监控电路汲取的电流所引入的不平衡大至少一个数量级的平衡能力。至少一个电压均衡器可具有超过由于由电压监控电路汲取的最大设计电流和在单元运行中可能出现的最大设计不平衡的总和引起的不平衡的平衡能力。至少一个电压均衡器可包括分路均衡器。至少一个电压均衡器可包括回扫均衡器。至少一个电压均衡器可包括开关电容均衡器。至少一个电压均衡器包括有源平衡器电路。至少一个电压均衡器可包括连接在一个能量存储单元的正极端和第二能量存储单元的负极端之间的平衡电路。在一个实施例中，电子装置包括串联连接的多个能量存储单元；至少一个电压均衡器，被配置来平衡多个能量存储单元的独立单元电压；以及电压监控电路，被配置来监控多个能量存储单元的子集的电压，其中，子集包括比多个能量单元中的所有单元少的单元。多个能量存储单元中的每个单元都可包括双层电容器。电压监控电路能够在子集的电压与第一参考电压交本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电气装置，包括：至少一个电压均衡器，被配置为用于平衡串联连接的多个能量存储单元的独立单元电压；以及电压监控电路，被配置为用于监控所述多个能量存储单元的子集的电压，其中，所述子集包括比所述多个能量单元的所有单元少的单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-10-27 10/974,5741.一种电气装置，包括至少一个电压均衡器，被配置为用于平衡串联连接的多个能量存储单元的独立单元电压；以及电压监控电路，被配置为用于监控所述多个能量存储单元的子集的电压，其中，所述子集包括比所述多个能量单元的所有单元少的单元。2.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电压监控电路能够在所述子集的所述电压与第一参考电压交叉时提供第一指示。3.根据权利要求2所述的电气装置，其中，所述电压监控电路进一步能够在所述子集的所述电压与第二参考电压交叉时提供第二指示。4.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电压监控电路能够在所述子集的所述电压超过第一参考电压时提供第一指示。5.根据权利要求4所述的电气装置，其中，所述电压监控电路进一步能够在所述子集的所述电压超过第二参考电压时提供第二指示。6.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电压监控电路能够提供所述子集的所述电压的实时指示。7.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电压监控电路能够提供所述子集的所述电压的实时的频繁指示。8.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电压监控电路能够提供所述子集的所述电压的实时的连续指示。9.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述单元提供用于驱动运载工具的能量，所述电压监控电路能够提供表示所述子集的所述电压的读数，所述电气装置进一步包括能够将所述读数变换为所述运载工具的剩余驱动范围的估计的电路。10.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述至少一个电压均衡器由单个电压均衡器构成。11.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述至少一个电压均衡器包括多个电压均衡器。12.根据权利要求11所述的电气装置，其中所述至少一个电压均衡器包括第一电压均衡器；以及所述第一电压均衡器和所述电压监控电路被构造为单个单元。13.根据权利要求11所述的电气装置，其中，所述多个电压均衡器中的每个电压均衡器都被配置为用于平衡所述多个能量存储单元中的两个相邻单元的电压。14.根据权利要求1所述的电气装置，其中所述多个能量存储单元包括两个以上的能量存储单元；以及所述电压监控电路被配置为用于监控正好两个能量存储单元的电压。15.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电压监控电路由所述多个能量存储单元的所述子集的所述电压供电。16.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电压监控电路由比所述多个能量存储单元的所有单元少的单元的电压供电。17.根据权利要求16所述的电气装置，其中，所述至少一个电压均衡器具有比由所述电压监控电路汲取的电流所引入的不平衡...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖伊C特拉普，
申请(专利权)人：麦斯韦尔技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]