用于电池的充电平衡系统技术方案

本发明专利技术涉及用于动力电池（101）的充电平衡系统，动力电池（101）包括串联连接的至少两个蓄电池级（111），蓄电池级（111）包括至少一个蓄电池（9）。所述系统包括：多个隔离的变换器（123），其配置成一方面与预定数量的相关联的蓄电池级（111）并联连接，另一方面与用于向机动车的电气辅助设备供电的低电压电力系统并联连接；以及用于所述变换器（7）的控制单元（14），其配置成控制至少一个变换器（7）以使预定数量的相关联的蓄电池级达到相似的充电或放电电平，以及控制经由所述变换器（7）从所述动力电池（1）至所述低电压供电系统的能量传递，以便向所述辅助设备供电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及用于动力电池（101）的充电平衡系统，动力电池（101）包括串联连接的至少两个蓄电池级（111），蓄电池级（111）包括至少一个蓄电池（9）。所述系统包括：多个隔离的变换器（123），其配置成一方面与预定数量的相关联的蓄电池级（111）并联连接，另一方面与用于向机动车的电气辅助设备供电的低电压电力系统并联连接；以及用于所述变换器（7）的控制单元（14），其配置成控制至少一个变换器（7）以使预定数量的相关联的蓄电池级达到相似的充电或放电电平，以及控制经由所述变换器（7）从所述动力电池（1）至所述低电压供电系统的能量传递，以便向所述辅助设备供电。【专利说明】用于电池的充电平衡系统 本专利技术涉及一种用于电池的充电平衡系统。本专利技术涉及一种可以特别地用在电动和混合动力运输工具领域以及车载系统中的电池。本专利技术特别涉及锂离子(L1-1on)型电池，由于锂离子型电池以低质量存储高能量的可能性，所以适用于这些种类的应用。本专利技术还能够应用于超级电容器。电化学蓄电池具有几伏特量级的标称电压，更精确地，对于包含磷酸铁的锂离子电池而言为3.3V，对于基于氧化钴的锂离子技术而言为4.2V。如果该电压相对于要被供电的系统的需求而言过低，则串联放置若干蓄电池。还可以与串联连接的每个蓄电池并联地布置一个或更多个蓄电池，以增加可用容量，从而提供更大的电流和功率。因此，并联关联的蓄电池形成级(stage)。级包括最少一个蓄电池。级被串联布置以达到期望的电压电平。蓄电池的联合称为蓄电池组。对蓄电池的充电或放电分别导致跨越其端子的电压增加或减小。蓄电池在跨越其端子的电压已经达到由电化学过程确定的电压电平时被认为要充电或放电。在使用若干蓄电池的级的电路中，流经各级的电流相同。因此，级的充电或放电电平取决于蓄电池的固有特性，即电极与电解质之间的接触或者电解质的固有容量以及不理想的内部串联和并联电阻。因此，级之间的电压差可能是归因于蓄电池的制造和老化方面的差异。 对于使用锂离子技术的蓄电池，被称为阈值电压的过高或过低的电压可能损坏或破坏蓄电池。例如，包含氧化钴的锂离子蓄电池的过充电可能导致其热耗散以及起火。对于基于磷酸盐的锂离子蓄电池，过充电导致电解质的分解，电解质的分解缩短其寿命或者可能损坏蓄电池。过激的放电导致低于2V的电压，例如在其它现象中，导致在负电极由铜制成的情况下其集电器的氧化，从而导致蓄电池性能的降低。因此，出于安全性和可靠性的原因，需要在蓄电池充电和放电时监控蓄电池的每个级的跨越端子的电压。于是，信息可以发送至控制电路，以在级已经达到其阈值电压时停止电池的充电或放电。然而，在具有串联布置若干蓄电池的级的电池上，如果在被最多充电的级达到其阈值电压时停止充电，则其他级可能没有完全充电。相反，如果在被最多放电的级达到其阈值电压时停止放电，则其他级可能没有完全放电。因此，蓄电池的每个级的充电没有被充分开发，这体现了在运输工具和车载类型的应用中对续航具有挑战性约束的主要问题。根据已知的解决方案，设计了充电平衡系统，例如被称为能量耗散系统的系统或者被称为能量传递系统的系统，通过使串联连接的蓄电池的级进入同样的充电和/或放电状态，从而使电池的充电最优化，从而使其续航最优化。利用能量耗散充电平衡系统，通过转移已经达到阈值电压的一个或更多个级的充电电流并且通过将能量耗散到电阻中，使各级的跨越端子的电压相同。作为变体，通过使已经达到阈值电压的一个或更多个级放电，使级的跨越端子的电压相同。然而，利用能量耗散的这种充电平衡系统具有的主要缺点是消耗比对电池充电所需的能量更多的能量。原因在于，必须对若干蓄电池放电，或者使充电电流从若干蓄电池转向具有充电稍少的最后的蓄电池以完成其充电。因此，所耗散的能量会比充电的能量或需要完成的充电的能量大的多。此外，多余能量以热的形式耗散，这一事实与集成到运输工具和车载类型的应用中的限制以及蓄电池的寿命在温度增加时大大缩短的事实不相容。另一方面，利用能量传递的充电平衡系统在蓄电池组或者辅助能量提供系统与蓄电池的级之间交换能量。能量传递可以以单向方式从电池到级或者从级到电池进行，或者以双向方式从电池到级并且从级到电池或者从级到相邻的级进行。至于在充电平衡系统中从级到相邻的级的双向传递，能量遍及大量设备，基本上等于待平衡的蓄电池之间的距离。结果出现这些设备的两个主要缺点，即平衡电池所需的长的时间以及由所请求的设备中的损耗的累加引起的能量传递的低的效率。至于单向传递，根据已知的解决方案，电池充电的结束由达到阈值电压的最后的级来确定。为了完成电池的充电，从一个或更多个级取得能量，并且将其返回给所有的级。当蓄电池的一个或更多个级充电稍不足时，能量并不优先地传递至需要其的这个或这些级，但是也不传递至从中取得能量的级。因此，充电平衡要求在充电的结束时从所有的级取得能量，以避免将其充电至过高的电压。因此，由于大量工作着的变换器，充电平衡以高水平的损耗进行。此外，已经完全充电的蓄电池具有流经它们的无用的AC或DC电流分量。因此，本专利技术的目的是提供一种没有表现出现有技术的这些缺点的改进的充电平衡系统。为此，本专利技术的主题是一种用于动力电池的充电平衡系统，该动力电池包括串联连接的至少两个蓄电池级，蓄电池级包括至少一个蓄电池，其特征在于，所述系统包括:-多个隔离的变换器，其配置成一方面与预定数量的相关联的蓄电池级并联连接，另一方面与用于向机动车的电气辅助设备供电的低电压电力系统并联连接，以及-用于所述变换器的控制单元，其配置成用于控制至少一个变换器以使所述预定数量的相关联的蓄电池级达到相似的充电或放电电平，以及用于控制经由所述变换器从上述动力电池至所述低电压供电系统的能量传递以便向所述辅助设备供电。此外，所述系统可以以单独或组合的方式包括以下特征中的一个或更多个:-对于每个蓄电池级，所述系统包括相关联的隔离的变换器，-所述变换器是双向的。根据本专利技术的一个方面，所述动力电池包括串联连接的预定数量的模块，模块包括至少两个蓄电池级，蓄电池级包括至少一个蓄电池，并且所述系统包括:-多个隔离的变换器，其配置成一方面与预定数量的相关联的蓄电池级并联连接，另一方面与用于机动车的电气辅助设备的低电压供电系统并联连接，所述多个隔离的变换器包括一方面跨越模块的端子连接，另一方面与低电压供电系统连接的多个第一单向变换器，和一方面与所述低电压供电系统连接，另一方面跨越所述模块的蓄电池级的端子连接的多个第二单向变换器，以及-用于所述变换器的控制单元，其配置用于控制至少第一变换器以使预定数量的相关联的模块达到相似的充电或放电电平，以及用于控制经由所述第一变换器从所述动力电池至所述低电压供电系统的能量传递，以及用于控制至少第二变换器以使模块的所述相关联的蓄电池级达到相似的充电或放电电平。此外，所述系统可以以单独或组合的方式包括以下特征中的一个或更多个:-用于所述变换器的控制单元配置成用于控制经由所述第一变换器沿第一方向从所述动力电池至所述低电压供电系统的能量传递，以及用于控制经由至少所述第二变换器沿第二方向从所述低电压供电系统至所述动力电池的能量传递，-所述系统配置成用于经由所述第一变换器和所述第二变换器从一个模块至所述模块的所述级传递能量，-控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳伦特·卡尼尔，达尼埃尔·沙特鲁，马蒂厄·德布瓦勒诺丹，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：
国别省市：