用于為電池系統平衡充電狀態的裝置和方法制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種用于充電狀態平衡的裝置(2)，具有用于提供電能的電池系統(10)，其包括由第一電池子模塊(13)和第二電池子模塊(13′)構成的串聯電路；具有第一電壓轉換模塊(20′)，其中第一電壓轉換模塊(20′)與第二電池子模塊(13′)電連接，且其中電組件(30)能夠連接到第一電壓轉換模塊(20′)處且能夠被供給有來自連接的第二電池子模塊(13′)的電能，其中裝置(2)具有用于接通第一電池子模塊(13)和第一電壓轉換模塊(20′)之間的電連接的開關裝置(26)，且其中裝置(2)具有控制裝置(11)，其設計用于控制開關裝置(26)使得電能流從第一電池子模塊引導至第二電池子模塊和/或電能流從第二電池子模塊引導至第一電池子模塊。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于平衡充電狀態的裝置，具有用于提供電能的電池系統，該電池系統包括由第一電池子模塊和第二電池子模塊構成的串聯電路；并且具有第一電壓轉換模塊，其中，第一電壓轉換模塊與第二電池子模塊電連接，并且其中，電組件能夠連接到第一電壓轉換模塊處并且能夠被供給有來自所連接的第二電池子模塊的電能。
技術介紹
為了給電組件供能，通常設置有蓄電器或功率存儲器。這種蓄電器或功率存儲器例如能夠是提供電池電壓的電池。為了達到期望的電壓高度，電池通常連接成電池堆疊。在低伏-應用場合中，電壓高度通常設置為低于60伏，在高伏-應用場合，電壓高度通常設置為大于60伏，特別是大于100伏。高伏-應用場合中的蓄能器例如能夠設置用于為電機器、例如機動車中的電動機供應能量。此外，例如還公知將電容器作為蓄電器。特別是對于高伏應用場合，單個電池堆疊的電壓通常不足夠。為了實現更高的電壓，特別是高伏電壓，能夠提出，多個電池堆疊用于為電組件、例如電動機供能。通常為此將多個電池堆疊串聯成電池系統，待供給的電組件連接到電池系統。因此為電組件提供了在各個電池堆疊處的電壓之和。由于可能不同的電池化學物質、老化現象、制造公差和負載特性，電池堆疊能夠具有相互不同的充電狀態和不同的阻抗。這導致串聯連接的電池堆疊在運行時不同程度地放電和充電，并且此時可能處于關鍵的充電狀態。不同的充電狀態通常利用所謂的充電狀態平衡法、或者也稱為平衡方法得以平衡。如果沒有適當的平衡，就不能保護使用壽命地并且充分地利用全部被裝載的電池能量，或者可能將就采取可能局限電池系統的可能運行范圍的運行策略。在現有技術中，目前主要采用所謂的耗散平衡法(dissipativeBalancing-Verfahren)。在此，充電狀態最高的電池堆疊通過以下方式放電，通過并聯連接的電阻將該電池堆疊的充電能轉化為熱量。也就是說，更強地充電的電池堆疊的多余能量通過在歐姆平衡電阻中的損耗而降低。這種平衡法通常由電池管理系統監控。這種耗散法通常能效低，并且由于通過電池管理系統進行的耗費大的監控而具有高成本。
技術實現思路
本專利技術的目的是，實現一種用于平衡充電狀態的、高能效并且低成本的裝置以及一種方法，利用其能夠實現保護使用壽命地且有效地使用電池系統。該目的根據本專利技術通過具有根據相應獨立權利要求所屬于的特征的裝置以及方法得以解決。本專利技術的有利實施方式是從屬權利要求、說明書和附圖的內容。根據本專利技術的裝置用于充電狀態平衡。該裝置包括用于提供電能的電池系統，其包含由第一電池子模塊和第二電池子模塊構成的串聯電路；該裝置還包括第一電壓轉換模塊，其中，該第一電壓轉換模塊與第二電池子模塊電連接，并且其中，電組件能夠連接到第一電壓轉換模塊處并且能夠被供給有來自所連接的第二電池子模塊的電能，其中，裝置具有用于接通第一電池子模塊和第一電壓轉換模塊之間的電連接的開關裝置，并且其中，裝置具有控制裝置，該控制裝置設計用于如下地控制開關裝置，使得電能流從第一電池子模塊引導至第二電池子模塊，和/或電能流從第二電池子模塊引導至第一電池子模塊。換句話說，這意味著，開關裝置將與第二電池子模塊電連接的第一電壓轉換模塊額外地與第一電池子模塊電連接。因此形成電流回路，該電流回路包括開關裝置、第一電池子模塊和第一電壓轉換模塊。因此，借助開關裝置實現了從第一電池子模塊到第二電池子模塊和/或從第二電池子模塊到第一電池子模塊的能量流。在此，本專利技術基于以下認知，從電池子模塊中的一個中所獲取的能量能夠借助第一電壓轉換模塊來中間存儲，以便然后輸送給電池子模塊中的另一個。能量流、特別是能量流的方向，能夠由控制裝置所控制。能量流能夠用于平衡充電狀態。也就是說，用于平衡充電狀態的能量在電池子模塊之間進行交換，并且因此被有效地利用。特別是電池子模塊的能量不經由歐姆電阻轉換成熱量并且從而不轉換成損耗功率，而是作為充電能量被輸送給另一個電池子模塊。因此，該裝置是特別高能效地設計的。特別優選地，第一電壓轉換模塊具有線圈，其能夠借助開關裝置與第一電池子模塊電連接。因此，通過開關裝置能夠使與第二電池子模塊電連接的線圈額外地與第一電池子模塊電連接。因此形成了電流回路，該電流回路包括開關裝置、第一電池子模塊和線圈。借助線圈能夠在根據本專利技術的裝置中雙向地實現能量流，也就是從第一電池子模塊到第二電池子模塊和/或從第二電池子模塊到第一電池子模塊。為此能夠將從電池子模塊的一個中獲取的電能作為磁能中間存儲在線圈中，以便最終作為電能輸送給電池子模塊中的另一個以用于充電。通過使用第一電壓轉換模塊的線圈作為蓄能器，該裝置能夠設計為成本特別低廉的。特別優選地，控制裝置如下地控制開關裝置，使得在開關裝置的第一開關狀態中實現從第一電池子模塊到第二電池子模塊的電能流。替代地或者附加地，控制裝置如下地控制開關裝置，使得在開關裝置的第二開關狀態中實現從第二電池子模塊到第一電池子模塊的電能流。因此，能夠按需求地并且針對性地從電池子模塊中的一個來獲取電能，并且將其作為充電能量輸送給電池子模塊的另一個。在優選的實施方式中，控制裝置設計用于，如果第一電池子模塊的充電狀態大于第二電池子模塊的充電狀態，則預設第一開關狀態，并且控制裝置設計用于，如果第二電池子模塊的充電狀態大于第一電池子模塊的充電狀態，則預設第二開關狀態。因此，控制裝置能夠設計用于識別電池子模塊中的每一個的充電狀態。如果第一電池子模塊的充電狀態大于第二電池子模塊的充電狀態，那么就能夠借助由控制裝置控制的開關裝置將第一電池子模塊的能量的一部分輸送給第二電池子模塊，以平衡充電狀態。相反地，如果第二電池子模塊具有比第一電池子模塊更大的充電狀態，就能夠借助由控制裝置控制的開關裝置為第一電池子模塊輸送第二電池子模塊的能量的一部分，以平衡充電狀態。因此，從一個電池子模塊獲取的能量用作了另一個電池子模塊的充電能量。特別地，更強地充電的電池子模塊的充電能量沒有針對性地經由歐姆平衡電阻轉化為損耗功率。特別優選地，控制裝置設計用于控制第一時間段和/或第二時間段，在第一時間段期間，開關裝置處于第一開關狀態，在第二時間段期間，開關裝置處于第二開關狀態。因此能夠確保，能夠結束平衡過程，即將能量從一個電池子模塊傳輸到另一個電池子模塊的過程。但是還能夠提出，將從電池子模塊獲取的能量的僅僅一部分輸送給另一個電池子模塊。剩余的能量此時能夠再次回饋到其從中被獲取的電池子模塊中。該回饋過程需要較長的持續時間，該時間能夠借助控制裝置來考慮到。因此，該裝置設計得損耗特別低。特別優選地，裝置具有至少一個第三電池子模塊和至少一個第二電壓轉換模塊。因此，如果例如需要更多的能量來運行一個和/或多個電組件，那么裝置能夠以其他的電池模塊以及電壓轉換模塊來擴展。因此，裝置在電壓高度方面能夠縮放。此外，本專利技術還涉及一種用于平衡充電狀態的方法。該方法包括借助電池系統提供電能，該電池系統包括由第一電池子模塊和第二電池子模塊構成的串聯電路；還包括將第一電池子模塊與第一電壓轉換模塊電連接，其中，電組件能夠連接到第一電壓轉換模塊處并且能夠被供給有來自所連接的第二電池子模塊的電能。此外，該方法還包括借助開關裝置接通第一電池子模塊和第一電壓轉換模塊之間的電連接，并且控制從當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于充電狀態平衡的裝置（2），具有：用于提供電能的電池系統（10），該電池系統包括由第一電池子模塊（13）和第二電池子模塊（13′）構成的串聯電路，第一電壓轉換模塊（20′），其中，該第一電壓轉換模塊（20′）與所述第二電池子模塊（13′）電連接，并且其中，電組件（30）能夠連接到所述第一電壓轉換模塊（20′）處并且能夠被供給有來自所連接的所述第二電池子模塊（13′）的電能，其特征在于，開關裝置（26），該開關裝置用于接通在所述第一電池子模塊（13）和所述第一電壓轉換模塊（20′）之間的電連接，以及控制裝置（11），該控制裝置設計用于控制所述開關裝置（26），使得電能流從所述第一電池子模塊（13）引導至所述第二電池子模塊（13′）和/或電能流從所述第二電池子模塊（13′）引導至所述第一電池子模塊（13）。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：馬塞爾·盧策，德拉甘·米庫萊茨，蒂穆爾·維爾納，
申請(專利權)人：西門子公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE