用于提供中间电压的电池系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种电池系统，具有：电池模块（11）和开关矩阵（13），所述电池模块包括第一高电压端子（12a），第二高电压端子（12b）和多个串联连接在第一高电压端子和第二高电压端子之间的电池单元模块（11a，...,11n）。所述开关矩阵包括多个开关导轨（14），多个第一开关装置（15a）和多个第二开关装置（15b），所述开关导轨分别与所述串联连接的电池单元模块中的每两个之间的节点之一连接，所述第一开关装置设计用于将所述开关导轨（14）中的每一个与所述开关矩阵（13）的第一低电压端子（13a）连接，所述第二开关装置设计用于将所述开关导轨（14）中的每一个与所述开关矩阵的第二低电压端子（13b）连接。在此，根据所述第一开关装置（15a）和所述第二开关装置（15b）的开关状态，在所述第一高电压端子（12a）和所述第二高电压端子（12b）之间施加所有串联连接的电池单元模块（11a，...,11n）的第一总电压（HV），并且在所述第一低电压端子（13a）和所述第二低电压端子（13b）之间施加串联连接的电池单元模块（11a，...,11n）的一部分的第二总电压（LV）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提供中间电压的电池系统和方法
本专利技术涉及一种用于提供中间电压的电池系统和方法，尤其是用于在电动车辆的牵引电池中提供中间电压的电池系统和方法。
技术介绍
电能源、尤其是移动电能源——例如用于电运行的车辆的牵引电池经常包括可再充电的能量存储器——例如锂离子蓄电池，所述能量存储器提供大于12伏的输出电压。为了控制和监视能量存储器而使用控制设备，所述控制设备通常需要低于通过能量存储器提供的高电压的供给电压，例如恰恰12伏。该低电压或也为车载电网电压可以由二次电池——例如铅酸电池提供或借助直流电压转换由能量存储器的高电压生成。用于电动车辆的能量存储器经常由必要时并联连接的单个单元的串联电路组成，所述单个单元具有低的固有电压。通过单个单元的串联电路，能够由低的固有电压产生总电压，所述总电压可以在几百伏的范围内用于提供高电压——例如牵引电压。因为能量存储器的单个单元具有功率参数的由制造决定的漏电，所以各个电池单元不同强度地受荷载或者尽管相同的初始充电状态在能量存储器的确定的运行持续时间之后仍具有不同的充电状态。因为具有最弱充电状态的电池单元决定性地影响在串联电路中构建的能量存储器的有效功率，所以使用能够保证所谓的“单元平衡（cellbalancing）”、也即各个电池单元的充电状态的平衡的方法。因此，尤其在锂离子蓄电池的情况下能够改善整个能量存储器的有效功率、寿命和效率。利用主动的方法能够电容性地或电感性地将较高充电的电池单元的电荷移动到具有较弱充电状态的电池单元上。被动的方法根据各个电池单元的相对充电状态选择性地使各个电池单元部分地放电。由出版物WO2007/128876A1已知一种用于具有串联连接的电池单元的电池系统中单元状态平衡的方法，其中，选择性地给较弱的电池单元输送来自单元单独的充电设备的能量，以便均衡所有电池单元的充电状态。
技术实现思路
本专利技术提出一种电池系统，其具有电池模块和开关矩阵，所述电池模块包括第一高电压端子、第二高电压端子和多个串联连接在第一高电压端子和第二高电压端子之间的电池单元模块，所述开关矩阵包括多个开关导轨、多个第一开关装置和多个第二开关装置，所述开关导轨分别与串联连接的电池单元模块中的每两个之间的节点之一连接，所述第一开关装置被设计用于将开关导轨中的每一个与开关矩阵的第一低电压端子连接，所述第二开关装置被设计用于将开关导轨中的每一个与开关矩阵的第二低电压端子连接，其中，在第一高电压端子和第二高电压端子之间施加所有串联连接的电池单元模块的第一总电压，并且其中，能够根据第一开关装置和第二开关装置的开关状态在第一低电压端子和第二低电压端子之间量取串联连接的电池单元模块的一部分的第二总电压。根据另一种实施方式，本专利技术提出一种用于在根据本专利技术的电池系统中产生中间电压的方法，所述方法具有以下步骤：确定串联连接的电池单元模块的充电状态，选择预先确定的数量的具有最高充电状态的电池单元模块，以及操控开关矩阵的第一开关装置和第二开关装置，从而能够根据第一开关装置和第二开关装置的开关状态在第一低电压端子和第二低电压端子之间量取所选择的电池单元模块的总电压。本专利技术的基本思想是，提高在串联电路中由单个单元构建的电能量存储器的有效功率，其方式是，实现每个单个电池单元的最佳负载。因此，使用开关矩阵，所述开关矩阵能够通过多个开关装置根据电池单元的充电状态选择性地选择一组电池单元，以便借助这组电池单元产生中间电压，尤其用于为电能量存储器的控制设备提供车载电网电压或供给电压。由此得出两个主要优点：一方面，单个单元的老化过程由于电池单元的均匀的负荷而减缓，因为总是仅仅使用当前最强的电池单元用于产生中间电压。另一方面，由此能够不用二次电池，因为能够利用唯一的能量存储器产生两个不同的输出电压。因此，如此构建的能量存储器基于减缓的老化、均匀的单元负荷和对制造公差更小的依赖性而提供更高的有效功率。通过有利的方式，可以借助充电监视装置实现电池单元模块充电状态的识别，所述充电监视装置通常已经存在于常规的锂离子蓄电池中。必要时可以使用来自电池管理中的其他导出参量用于确定电池单元模块的健康状态（SOH，“stateofhealth”）。有利地，可以设置其他开关装置，所述其他开关装置被设计用于，将所述开关导轨中的每一个与开关矩阵的第一中间端子和第二中间端子连接，其中，在低电压端子和中间端子中的分别一个之间施加部分电压，所述部分电压可以通过串联电路被合计成总电压。由此，能够根据电池单元模块中多少电池单元模块用于产生中间电压来可变地设计中间电压。通过有利的方式，电池系统可以配备有直流电压转换器，所述直流电压转换器能够分别转换中间电压。由此得出以下优点：供给有中间电压的车载电网可以与高电压电网在电流上分离。根据一种有利的实施方式，电池系统可以具有多个具有由欧姆电阻和开关组成的串联电路的连接装置，从而通过闭合开关可以选择性地通过欧姆电阻使各个电池单元模块部分放电或部分地承受负荷。由此能够实现充电状态平衡的更精细的协调。本专利技术的实施方式的其他特征和优点参照附图由以下描述中得出。附图说明图1示出根据本专利技术的一种实施方式的电池系统的示意图；图2示出根据本专利技术的另一种实施方式的电池系统的示意图；以及图3示出根据本专利技术的另一种实施方式的用于在电池系统中产生中间电压的方法的示意图。具体实施方式图1示出具有电池模块11和开关矩阵13的电池系统10的示意图。电池模块11在此具有多个串联连接的电池单元模块11a、11b、11c、...、11n。电池单元模块11a、11b、11c、...、11n可以是例如锂离子蓄电池。电池模块11具有两个高电压端子12a、12b，在所述两个高电压端子上施加输出电压HV，例如电池系统10的牵引电压。输出电压HV可以是例如高电压并且是几百伏。开关矩阵包括多个开关导轨14，所述开关导轨分别与两个电池单元模块11a、11b、11c、...、11n之间的节点连接。其他开关导轨14与电池模块11的高电压端子12a、12b连接。为清楚起见，分别仅仅一个开关导轨14在图1中配备有参考标记。开关导轨14分别通过第一开关装置15a与开关矩阵13的第一低电压端子13a并通过第二开关装置15b与开关矩阵13的第二低电压端子13b可切换地连接。第一开关装置和第二开关装置15a、15b可以包括例如半导体开关，例如IGBT开关或MOSFET开关。为了在低电压端子13a和13b之间产生中间电压LV，可以分别闭合第一开关装置15a之一和第二开关装置15b之一，从而电池单元模块11a、11b、11c、...、11n中的一个或多个被连接在低电压端子13a和13b之间。借助根据图1的开关矩阵13，仅仅相邻的电池单元模块11a、11b、11c、...、11n能够分别被连接在低电压端子13a和13b之间。在此，可以选择预先确定的数目的相邻的电池单元模块11a、11b、11c、...、11n，使用其用于产生中间电压LV。例如所述电池单元模块11a、11b、11c、...、11n可以分别提供4伏的单电压并且所述预先确定的数目可以是3。通过这种方式，可以在低电压端子13a和13b处量取3x4伏=12伏的中间电压LV。当然，同样可能的是，使用任何其他数目的相邻的电池单本文档来自技高网...

【技术保护点】
电池系统，具有：?电池模块（11），所述电池模块包括第一高电压端子（12a），第二高电压端子（12b）和多个串联连接在第一高电压端子和第二高电压端子之间的电池单元模块（11a，...,11n）；以及?开关矩阵（13），所述开关矩阵包括：多个开关导轨（14），所述开关导轨分别与所述串联连接的电池单元模块（11a，...,11n）中的每两个之间的节点之一连接，多个第一开关装置（15a），所述第一开关装置被设计用于将所述开关导轨（14）中的每一个与所述开关矩阵（13）的第一低电压端子（13a）连接，和多个第二开关装置（15b），所述第二开关装置被设计用于将所述开关导轨（14）中的每一个与所述开关矩阵（13）的第二低电压端子（13b）连接，其中，在所述第一高电压端子（12a）和所述第二高电压端子（12b）之间施加所有串联连接的电池单元模块（11a，...,11n）的第一总电压（HV），和其中，能够在所述第一低电压端子（13a）和所述第二低电压端子（13b）之间根据所述第一开关装置（15a）和所述第二开关装置（15b）的开关状态量取串联连接的电池单元模块（11a，...,11n）的一部分的第二总电压（LV）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.17 DE 102011077708.31.电池系统（10），具有：-电池模块（11），所述电池模块包括第一高电压端子（12a）、第二高电压端子（12b）和多个串联连接在第一高电压端子和第二高电压端子之间的电池单元模块（11a，...,11n）；以及-开关矩阵（13），所述开关矩阵包括：多个开关导轨（14），所述开关导轨分别与所述串联连接的电池单元模块（11a，...,11n）中的每两个之间的节点之一连接，多个第一开关装置（15a），所述第一开关装置被设计用于将所述开关导轨（14）中的每一个与所述开关矩阵（13）的第一低电压端子（13a）连接，多个第二开关装置（15b），所述第二开关装置被设计用于将所述开关导轨（14）中的每一个与所述开关矩阵（13）的第二低电压端子（13b）连接，多个第三开关装置（15c），所述第三开关装置被设计用于将所述开关导轨（14）中的每一个与所述开关矩阵（13）的第一中间端子连接，和多个第四开关装置（15d），所述第四开关装置被设计用于将所述开关导轨（14）中的每一个与所述开关矩阵（13）的第二中间端子连接，其中，在所述第一高电压端子（12a）和所述第二高电压端子（12b）之间施加所有串联连接的电池单元模块（11a，...,11n）的第一总电压（HV），和其中，能够在所述第一低电压端子（13a）和所述第二低电压端子（13b）之间根据所述第一开关装置（15a）和所述第二开关装置（15b）的开关状态量取串联连接的电池单元模块（11a，...,11n）的一部分的第二总电压（LV），其中，在所述第一低电压端子（13a）和所述第一中间端子之间能够根据所述第一开关装置（15a）和所述第三开关装置（15c）的开关状态量取串联连接的电池单元模块（11a，...,11n）的一部分的第三总电压，和其中在所述第二低电压端子（13b）和所述第二中间端子之间能够根据所述第二开关装置（15b）和所述第四开关装置（15d）的开关状态量取串联连接的电池单元模块（11a，...,11n）的一部分的第四总电压。2.根据权利要求1所述的电池系统（10），其中，所述开关矩阵（13）还包括：两个另外的开关导轨（14），所述另外的开关导轨分别与所述第一高电压端子（12a）和所述第二高电压端子（12b）连接，和另外的第一开关装置和第二开关装置（15a，15b），所述另外的第一开关装置和第二开关装置分别被设计用于，将所述两个另外的开关导轨（14）中的每一个与所述开关矩阵（13）的所述第一低电压端子（13a）或所述第二低电压端子（13b）连接。3.根据权利要求1所述的电池系统（10），所述电池系统还具有：带有两个输入端子的第一直流电压转换器...

【专利技术属性】
技术研发人员：A蒂芬巴赫，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：
国别省市：