鋰離子儲(chǔ)能器和用于均衡鋰離子儲(chǔ)能器的測(cè)量區(qū)段和主區(qū)段的電位的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子儲(chǔ)能器和一種用于均衡鋰離子儲(chǔ)能器的測(cè)量區(qū)段和主區(qū)段的電位的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子儲(chǔ)能器具有高的電池電壓和所存儲(chǔ)的能量和質(zhì)量之間的良好的比例并且因此適用于移動(dòng)應(yīng)用、特別是適用于電運(yùn)行的車輛。鋰離子儲(chǔ)能器經(jīng)常以纏繞的結(jié)構(gòu)形式制造，其中纏繞包括兩個(gè)扁平電極以及隔板的扁平材料，該隔板將電極彼此電隔離。電極典型地包括金屬集電器，該金屬集電器在兩側(cè)涂敷電極材料。作為金屬集電器，典型地在陰極電極中使用鋁膜并且在陽(yáng)極電極中使用銅膜。通常，電極之間的隔板利用離子傳輸介質(zhì)浸漬，該離子傳輸介質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)離子穿過(guò)隔板。
[0003]鋰離子儲(chǔ)能器作為電池組和蓄電池而已知。此外已知的是，由鋰離子儲(chǔ)能器輸出的電流利用多個(gè)不同的傳感器、例如具有分流電阻或具有霍爾傳感器的傳感器來(lái)測(cè)量。除了用于直接的通過(guò)電流的測(cè)量介質(zhì)之外，存在多個(gè)不同的傳感器和/或理論模型，利用其能夠檢測(cè)鋰離子儲(chǔ)能器的特性。對(duì)此，典型地利用傳感器檢測(cè)儲(chǔ)能器的多個(gè)確定的特性并且基于所檢測(cè)的值應(yīng)用理論模型，以便推斷儲(chǔ)能器的電特性或狀態(tài)。
[0004]EP 2442400A1公開(kāi)了一種基于鋰技術(shù)具有內(nèi)置的參考電極的電化學(xué)電池。該參考電極被嵌入到隔板中，使得在參考電極和電池的常規(guī)電極的每個(gè)之間形成參考電池。通過(guò)確定代表儲(chǔ)能器的半電池的兩個(gè)參考電極的特性，可以獲得關(guān)于所述半電池的每個(gè)的信息并且因此也獲得關(guān)于整個(gè)儲(chǔ)能器的信息。在此，或者測(cè)量整個(gè)電池的電流，或者通過(guò)其它參數(shù)和理論模型推斷儲(chǔ)能器的狀態(tài)。引入到隔板中的附加電極在此阻礙離子流動(dòng)并且?guī)?lái)電極短路的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明提出，鋰離子儲(chǔ)能器配備測(cè)量電池、主電池和均衡裝置，利用該均衡裝置能夠?qū)y(cè)量區(qū)段的電位和主區(qū)段的電位置于至少近似相同的電位上。
[0006]在根據(jù)本發(fā)明的鋰離子儲(chǔ)能器中，陽(yáng)極和陰極的至少一個(gè)被分成主區(qū)段和測(cè)量區(qū)段，所述主區(qū)段和測(cè)量區(qū)段彼此電隔離，由此得到儲(chǔ)能器的測(cè)量電池和主電池。測(cè)量電池包括電極的測(cè)量區(qū)段、相對(duì)電極測(cè)量區(qū)段和位于電極的測(cè)量區(qū)段和相對(duì)電極測(cè)量區(qū)段之間的隔板的區(qū)段，其中該相對(duì)電極測(cè)量區(qū)段關(guān)于隔板與電極的測(cè)量區(qū)段相對(duì)置。主電池包括電極的相對(duì)電極主區(qū)段并且類似于測(cè)量電池包括相對(duì)電極主區(qū)段和位于電極的相對(duì)電極主區(qū)段和相對(duì)電極的主區(qū)段之間的隔板的區(qū)段，其中相對(duì)電極主區(qū)段關(guān)于隔板與電極的主區(qū)段相對(duì)置。儲(chǔ)能器的電極包括主區(qū)段和測(cè)量區(qū)段。典型地，測(cè)量區(qū)段明顯小于主區(qū)段。相對(duì)電極關(guān)于隔板與電極相對(duì)置并且可以同時(shí)用于主區(qū)段和測(cè)量區(qū)段。相對(duì)電極的被稱為相對(duì)電極測(cè)量區(qū)段的部分與測(cè)量電極相對(duì)，而相對(duì)電極的被稱為相對(duì)電極主區(qū)段的部分與主電極相對(duì)?？梢缘氖?，不僅陽(yáng)極而且陰極被用作電極，而相應(yīng)地陰極或陽(yáng)極用作相對(duì)電極。隔板可以作為唯一的連續(xù)的元件被設(shè)置用于測(cè)量電池以及主電池。然而也可以設(shè)想，劃分隔板或/和相對(duì)電極，使得得出分別被分配給電極的主區(qū)段或電極的測(cè)量區(qū)段的區(qū)段。
[0007]鋰離子儲(chǔ)能器的主功率由主電池提供。主電池通常明顯大于測(cè)量電池，不僅在儲(chǔ)能器的存儲(chǔ)容量方面、而且關(guān)于其在電極或相對(duì)電極處的面積部分。例如主電池的容量至少為測(cè)量電池的容量的十倍。相應(yīng)地，測(cè)量電池的涉及面積的特性、諸如電流輸出能力、內(nèi)能和諸如此類的可以通過(guò)以下方式從測(cè)量電池轉(zhuǎn)移到主電池上，即利用兩個(gè)電池的面積比的因子來(lái)標(biāo)量。測(cè)量電池的不涉及面積的特性、諸如電池電壓、充電狀態(tài)、老化狀態(tài)或類似的可以在沒(méi)有涉及面積的標(biāo)量的情況下從測(cè)量電池轉(zhuǎn)移到主電池上。
[0008]主電池在放電運(yùn)行中將電流輸出給耗電器并且在充電運(yùn)行中又被充電，其中儲(chǔ)能器被連接到該耗電器上。為了相同地保持電池的狀態(tài)，可以對(duì)測(cè)量電池同步地放電和充電。然而，如果應(yīng)該已經(jīng)設(shè)定了電池的不同狀態(tài)，則測(cè)量區(qū)段和主區(qū)段關(guān)于相對(duì)電極具有不同的電位。這可以歪曲測(cè)量，因?yàn)闇y(cè)量電池和主電池中的電化學(xué)狀態(tài)是不同的。利用根據(jù)本發(fā)明的均衡終止可以平衡電極的測(cè)量區(qū)段與主區(qū)段之間的電位差。在這樣的平衡之后，測(cè)量電池和主電池的電化學(xué)狀態(tài)至少近似地、優(yōu)選完全地彼此均衡。于是借助測(cè)量電池可以至少近似正確地檢測(cè)主電池的特性。
[0009]從屬權(quán)利要求示出本發(fā)明的優(yōu)選的改進(jìn)方案。
[0010]在鋰離子儲(chǔ)能器的一種實(shí)施方式中，均衡裝置可以實(shí)現(xiàn)電極的主區(qū)段與測(cè)量區(qū)段之間的連接，該連接優(yōu)選地是低歐姆的。通過(guò)該連接，電流從主區(qū)段流至測(cè)量區(qū)段或相反，這取決于兩個(gè)區(qū)段中的哪個(gè)具有較高的電位。通過(guò)電荷從測(cè)量電池至主電池的轉(zhuǎn)移或者相反，主區(qū)段和測(cè)量區(qū)段的電位或者主電池和測(cè)量電池的電壓彼此均衡。
[0011]在鋰離子儲(chǔ)能器的另一種實(shí)施方式中，均衡裝置包括:繼電器，該繼電器例如也可以被實(shí)施為接觸器;晶體管，該晶體管例如可以被實(shí)施為場(chǎng)效應(yīng)晶體管、特別是M0SFET、雙極晶體管或IGBT或類似的；和/或晶閘管和/或電流源。如同閉合的開(kāi)關(guān)，電流源具有小的內(nèi)阻，使得可以考慮關(guān)于此建立低歐姆的連接。低歐姆的連接例如可以具有一歐姆的一小部分的電阻、幾歐姆以上直至幾十歐姆或更大的電阻。電阻的大小影響均衡的速度并且影響儲(chǔ)能器和電阻在由于電位平衡所致的升溫方面的份額。根據(jù)測(cè)量電池和主電池的大小，不同電阻值可以是合適的或最佳的。
[0012]在本發(fā)明的另一方面中提出一種方法，利用該方法可以彼此均衡測(cè)量區(qū)段和主區(qū)段的電位。對(duì)此，測(cè)量區(qū)段與主區(qū)段通過(guò)均衡裝置導(dǎo)電連接。以該方式，上述的平衡電流可以在測(cè)量區(qū)段和主區(qū)段之間流動(dòng)。
[0013]特別優(yōu)選地一直保持該連接，直至平衡時(shí)間之后電位的足夠均衡已經(jīng)發(fā)生。
[0014]在方法的一種實(shí)施方式中，該連接通過(guò)繼電器或接觸器或類似的被閉合的方式引起場(chǎng)效應(yīng)晶體管、特別是MOSFET和/或雙極晶體管被接通，晶閘管被點(diǎn)