專利名稱：具有降低的電路復雜性的蓄電池平衡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于蓄電池的電路，其在降低電路復雜性的同時實現(xiàn)了蓄電池平衡。本發(fā)明還涉及一種具有這種電路的蓄電池和一種具有電驅(qū)動電機與這種蓄電池的機動車。
背景技術(shù)：
在通常的蓄電池中，多個蓄電池單元串聯(lián)連接，以便獲得針對各種應用足夠高的輸出電壓。蓄電池單元的串聯(lián)電路引起蓄電池的輸出電流流入到所有蓄電池單元中。在所述蓄電池的充電和放電過程中因化學反應而引起蓄電池單元老化。如果蓄電池單元例如由于在尺寸或化學組分或在運行中承受的溫度作用下的最小偏差而比其他的蓄電池單元老化得更快，則其內(nèi)阻將升高，這最終可能導致蓄電池單元的電壓反轉(zhuǎn)和蓄電池單元的失效。然而，如果所述蓄電池單元失效，因為蓄電池單元的串聯(lián)電路整個蓄電池也將失效。因而有利的是，保證蓄電池單元的盡可能適合的充電和放電，從而使所有蓄電池單元也均勻地老化。因此已知執(zhí)行所謂的蓄電池平衡，其中，有針對性地提取具有比其他蓄電池單元高的蓄能量的蓄電池單元的電荷。圖I顯示一種實現(xiàn)了蓄電池平衡的常規(guī)蓄電池。電阻30-1到30-n分別通過開關(guān)20-1到20-n與η個蓄電池單元10_1到10_η并聯(lián)，以便對任意蓄電池單元有針對性地放電期望的量。所示的方法的缺點是除了 η個開關(guān)20-1到20-n外還需要η個電阻30_1到30-η，其在必要時必須被冷卻，以便將在放電時積累的熱量釋放出蓄電池。因此，還已知如下裝置，即在該裝置中，能夠?qū)⒁粋€單獨的電阻作為放電元件自由地與任意蓄電池單元
10-1到10-η相連接。因而US 2007/0090799 Al的圖2和6示出了一種開關(guān)配置，然而它的缺點是具有2*η和更多的開關(guān)的開銷。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明提供了一種用于蓄電池的電路，其具有η個串聯(lián)在正蓄電池端子和負蓄電池端子之間的蓄電池單元。η是大于I的自然數(shù)。通過η個蓄電池單元的串聯(lián)，在所述η個蓄電池單元之間得到(η-I)個連接點。所述電路包括放電元件,其具有一個與第一放電線路相連接或可連接的第一聯(lián)接端和一個與第二放電線路相連接或可連接的第二聯(lián)接端。根據(jù)本發(fā)明，所述電路具有(η+1)個開關(guān)，所述開關(guān)在第一聯(lián)接端可連接與所述(η-1)個連接點中的一個或者正極和負蓄電池端子中的一個，并且在第二聯(lián)接端連接所述第一或第二放電線路中的一個。以這種方式，各個蓄電池單元的正極通過所述開關(guān)中的一個可連接所述第一或第二放電線路中被選擇的一個，并且各個蓄電池單元的負極通過所述開關(guān)中的一個可連接所述第一或第二放電線路中余下的放電線路。本發(fā)明的電路能夠與蓄電池單元和蓄電池組合成一個總系統(tǒng)，這顯示了本發(fā)明的第二方面具有集成的電池平衡功能的蓄電池。本發(fā)明的電路的優(yōu)點在于，能夠使用單獨的放電元件用于在蓄電池平衡的框架下有針對性地放電任意蓄電池單元，而無需必須為此付出現(xiàn)有技術(shù)中的開關(guān)所需的高開銷。所述電路在η個串聯(lián)的蓄電池單元的情況下僅僅具有η+1個開關(guān)，并且允許設(shè)置單獨的放電元件，其用于對η個串聯(lián)的蓄電池單元中的任意可選擇的蓄電池單元的放電，以及用于自由地連接至蓄電池單元的正和負極。所述電路能夠具有控制單元，其在輸入側(cè)與一個電壓測量單元連接，在輸出側(cè)與所述開關(guān)的控制輸入端連接。所述電壓測量單元在這里可與每個蓄電池單元相連接并且被構(gòu)造成確定與所述電壓測量單元相連接的蓄電池單元的單元電壓向所述控制單元輸出所述單元電壓。所述控制單元在這里被構(gòu)造為確定具有所述蓄電池單元的單元電壓中最大單元電壓的蓄電池單元，并且通過輸出相應的控制信號到所述開關(guān)的控制輸入端而將所述具有最大單元電壓的所述蓄電池單元與所述放電元件相連接。所述控制單元能夠有利地使用任意已知的用于蓄電池平衡的方法。優(yōu)選地，在此，確定具有最大單元電壓的蓄電池單元并且在一個確定的時間間隔中通過連接所述放電元件對該蓄電池單元放電，以平衡在其他蓄電池單元上的單元電壓。所述蓄電池單元的數(shù)量η可以是一個偶數(shù)。n/2+l個開關(guān)分別具有一個與所述第·一放電線路相連接的第二聯(lián)接端，并且n/2個開關(guān)具有與所述第二放電線路相連接的第二聯(lián)接端。替代地，所述蓄電池單元的數(shù)量η可以是奇數(shù)。在這種情況下，(η+1)/2個開關(guān)分別具有一個與所述第一放電線路相連接的第二聯(lián)接端，并且(η+1)/2個開關(guān)具有一個與所述第二放電線路相連接的第二聯(lián)接端。所述放電元件能夠是一個電阻元件。這種電阻元件將被放電的蓄電池單元的電流轉(zhuǎn)換成熱量，以便與其相關(guān)聯(lián)的蓄能量不再能夠適用于所述蓄電池的實際目的。當然，相對于例如感性的放電元件(其能夠?qū)㈦姾蓮男铍姵貑卧獋鬟f到其他蓄電池單元)，提供了更好的電磁兼容性。在本發(fā)明第二方面的蓄電池中，尤其優(yōu)選地，所述蓄電池單元是鋰離子蓄電池單元。鋰離子蓄電池單元具有高的單元電壓和存儲的能量與所需要的體積之間的大比例。本發(fā)明的另一方面涉及一種機動車，其具有用來驅(qū)動所述機動車的電驅(qū)動電機和與所述電驅(qū)動電機相連接或可連接的根據(jù)本發(fā)明第二方面的蓄電池。然而，所述蓄電池不限制于這種使用用途，而是也能夠使用于其他電力系統(tǒng)中。


根據(jù)附圖和下面的說明更詳細地闡明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，相同的附圖標記表示相同或類似的元件。在附圖中圖I示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有蓄電池平衡的蓄電池；圖2示出了本發(fā)明的第一實施例；圖3示出了本發(fā)明的第二實施例，其具有偶數(shù)個蓄電池單元；以及圖4示出了本發(fā)明的第三實施例，其具有奇數(shù)個蓄電池單元。
具體實施例方式圖2示出了本發(fā)明的第一實施例。η個蓄電池單元10-1至10_η串聯(lián)在正蓄電池端子12和負蓄電池端子13之間，由此得到在η個蓄電池單元10-1至10_η之間的(η_1)個連接點11-1至ll-n-l。在所有實施例中，所述蓄電池單元不必須是本發(fā)明本身的一部分，更確切地說是在它的電路中實現(xiàn)本發(fā)明。即使在后面談到具有蓄電池單元的蓄電池時也只是指所述電路，所述電路與所述蓄電池單元相連接或者要與所述蓄電池單元連接，并且有利地提供蓄電池平衡的功能。這個電路能夠本身是商品，并且在以后的時間點才連接所述蓄電池單元。根據(jù)本發(fā)明，對于具有η個蓄電池單元 10-1至10-η的圖2的實施例只需要(η+1)個開關(guān)20-1至20-n+l，以使例如實施為歐姆電阻的放電元件30與η個蓄電池單元10_1至
10-η中的任意一個蓄電池單元相連接。開關(guān)20-1至20-n+l在輸入側(cè)分別與配屬的連接點
11-1至ll-n-l或正蓄電池端子12或負蓄電池端子13相連接。開關(guān)20_1至20-n+l在輸出側(cè)按照它們的順序交替地連接第一放電線路14-1或第二放電線路14-2，在第一放電線路14-1和第二放電線路14-2側(cè)連接放電元件30的各個聯(lián)接端。蓄電池單元ΙΟ-m(其中O< m彡η)能夠連接放電元件30，其方式是通過閉合開關(guān)20-m和20_m+l且斷開其他開關(guān)。取決于m，開關(guān)20-m在這里能夠?qū)⑿铍姵貑卧恼龢O或負極與配屬于開關(guān)20-m的放電線路14-1或14-2連接，從而能夠按照哪個蓄電池單元10-1至10-η應當被放電，從放電元件30的角度，得到放電元件30處的單元電壓的不同符號。然而，這個事實是不重要的，因為放電元件30對流過它的電流不存在方向依賴性，本發(fā)明就利用了這一點。圖3示出了本發(fā)明的第二實施例，它具有偶數(shù)個蓄電池單元。圖示實施例示出了四個蓄電池單元10-1至10-4，其中，因為蓄電池單元10-1至10-4串聯(lián)連接而得到三個連接點11-1至11-3。根據(jù)本發(fā)明，五個開關(guān)20-1至20-5就足夠能夠?qū)⑺膫€蓄電池單元10_1至10-4中的每一個蓄電池單元與放電元件30連接。奇數(shù)個開關(guān)20-1至20-5分成兩個組合S1和S2，每個組合分別包括三個或兩個開關(guān)，其中，S1包括開關(guān)20-1、20-3和20-5，S2包括開關(guān)20-2和2-4。當然，圖示的實施例可以具有任意偶數(shù)個蓄電池單元，其中，所得到的奇數(shù)個開關(guān)原則上分成兩個開關(guān)組合S1和S2,它們各自的開關(guān)數(shù)量只相差I(lǐng)。如果是偶數(shù)η個蓄電池單元，開關(guān)20-1至20-n+l依照它們的順序從正蓄電池端子12到負蓄電池端子
13依次編號，奇數(shù)編號的開關(guān)20-1、20-3........20-n+l與第一放電線路14_1相連接，偶
數(shù)編號的開關(guān)20-2,20-4,......、20-n與第二放電線路14-2相連接。圖4示出了本發(fā)明的第三實施例，它具有奇數(shù)個蓄電池單元。由于奇數(shù)個(在圖示實例中為5個)蓄電池單元10-1至10-5得到偶數(shù)個(在圖示實例中為6個)根據(jù)本發(fā)明所需要的開關(guān)20-1至20-6。所述開關(guān)分成兩個組合S1和S2,每個組合都包括同樣多的開關(guān)。所述蓄電池單元的數(shù)量可以是任意奇數(shù)的數(shù)量。如果是奇數(shù)個蓄電池單元，開關(guān)20-1至20-n+l依照它們的順序從正蓄電池端子12到負蓄電池端子13依次編號，奇數(shù)
編號的開關(guān)20-1、20-3....... 20-n與第一放電線路14_1相連接，偶數(shù)編號的開關(guān)20_2、
20-4、.......20-n+l與第二放電線路14-2相連接。
權(quán)利要求
1.一種用于蓄電池的電路，所述蓄電池具有η個串聯(lián)在正蓄電池端子(12)和負蓄電池端子(13)之間的蓄電池單元(10-1........10-η)以得到在所述η個蓄電池單元(10-1........10-η)之間的(η-I)個連接點(11-1........ll-n-l)，其中，η是大于I的自然數(shù)，所述電路具有放電元件(30)和多個開關(guān)，其中，所述放電元件(30)具有連接或可連接第一放電線路(14-1)的第一聯(lián)接端和連接或可連接第二放電線路(14-2)的第二聯(lián)接端，其特征在于， 設(shè)置(η+1)個開關(guān)(20-1....... 20-n+l)，其在第一聯(lián)接端可連接所述(η-1)個連接點(11-1........ll-n-l)中的一個或者正和負蓄蓄電池端子(12 ；13)中的一個，并且在第二聯(lián)接端連接所述第一或第二放電線路(14-1 ；14-2)中的一個，其中，每個蓄電池單元(10-1........10-η)的正極通過所述開關(guān)(20-1........20-n+l)中的一個開關(guān)可連接所述第一或第二放電線路(14-1 ；14-2)中被選擇的一個，并且所述每個蓄電池單元(10-1.......10-η)的負極通過所述開關(guān)(20-1........20-n+l)中的一個開關(guān)可連接所述第一或第二放電線路(14-1 ；14-2)中余下的放電線路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，所述電路具有在輸入側(cè)與電壓測量單元相連接且在輸出側(cè)與所述開關(guān)的控制輸入端相連接的控制單元，其中，所述電壓測量單元可連接每個所述蓄電池單元(10-1.......10-η)并且被構(gòu)造為確定與所述電壓測量單元相連接的蓄電池單元(10-1........10-η)的單元電壓并且向所述控制單元輸出所述單元電壓，并且其中所述控制單元被構(gòu)造為確定具有所述蓄電池單元(10-1、......、10-η)的單元電壓中最大的單元電壓的蓄電池單元(10-1........10-η)，并且通過輸出相應的控制信號到所述開關(guān)(20-1........20-n+l)的控制輸入端而將所述具有最大單元電壓的所述蓄電池單元(10-1........10-η)與所述放電元件(30)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電路，其中，η是偶數(shù)，并且n/2+l個開關(guān)(20_1........20-n+l)分別具有一個與所述第一放電線路(14-1)相連接的第二聯(lián)接端，并且n/2個開關(guān)(20-1........20-n+l)具有一個與所述第二放電線路(14-2)相連接的第二聯(lián)接端。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電路，其中，η是奇數(shù)，并且(η+1)/2個開關(guān)(20-1........20-n+l)分別具有一個與所述第一放電線路(14-1)相連接的第二聯(lián)接端，并且(η+1)/2個開關(guān)(20-1........20-n+l)具有一個與所述第二放電線路(14_2)相連接的第二聯(lián)接端。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的電路，其中，所述放電元件(30)是一個電阻元件。
6.一種具有根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的電路和η個串聯(lián)在所述正蓄電池端子(12)和負蓄電池端子(13)之間的蓄電池單元(10-1........10-η)的蓄電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蓄電池，其中，所述蓄電池單元(10-1........10-η)是鋰離子蓄電池單元。
8.一種機動車，其具有用來驅(qū)動所述機動車的電驅(qū)動電機和與所述電驅(qū)動電機相連接或可連接的根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的蓄電池。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于蓄電池的電路，其包括n個串聯(lián)在正電池端子(12)和負電池端子(13)之間的蓄電池單元(10-1，......，10-n)。n是大于1的自然數(shù)。通過n個蓄電池單元(10-1，......，10-n)的串聯(lián)，在所述n個蓄電池單元(10-1，......，10-n)之間得到(n-1)個連接點(11-1，......，11-n-1)。所述電路包括放電元件(30)，其具有第一聯(lián)接端和第二聯(lián)接端，其中，所述第一聯(lián)接端連接或可連接第一放電線路(14-1)，所述第二聯(lián)接端連接或可連接第二放電線路(14-2)。根據(jù)本發(fā)明，所述電路包括(n+1)個開關(guān)(20-1，......，20-n+1)，其在所述第一聯(lián)接端可連接(n-1)個連接點(11-1，......，11-n-1)中的一個或者正或負蓄電池端子(12；13)中的一個，并且在所述第二聯(lián)接端連接所述第一或第二放電線路(14-1；14-2)。以這種方式，各個蓄電池單元(10-1，......，10-n)的正極通過所述開關(guān)(20-1，......，20-n+1)中的一個可連接所述第一或第二放電線路(14-1；14-2)中被選擇的一個，并且所述各個蓄電池單元(10-1，......，10-n)的負極通過所述開關(guān)(20-1，......，20-n+1)中的一個可連接第一或第二放電線路(14-1；14-2)中余下的放電線路。此外提出了一種具有這種電路的蓄電池。
文檔編號B60L11/18GK102971932SQ201180024327
公開日2013年3月13日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者W·席曼, S·布茨曼 申請人:羅伯特·博世有限公司, Sb鋰摩托有限公司, Sb鋰摩托德國有限公司