[發明專利]用于存儲電能的系統

無效

• 申請號: 201080037856.6
• 申請日: 2010-07-16
• 公開（公告）號: CN102484379A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: 康拉德·羅塞爾
• 申請（專利權）人: 沃依特專利有限責任公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;李慧

技術領域

本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分中詳細定義的類型的、用于存儲電能的系統。本發明還涉及一種用于存儲電能的方法。

背景技術

由通常的現有技術已知了用于存儲電能的系統、并且在此特別是用于存儲電動車輛中或特別是混合動力車輛中的牽引電能的系統。以典型的方式，這種用于存儲電能的系統借助于單個的存儲單元設計而成，存儲單元例如彼此電串聯和/或并聯。

原則上，可以考慮不同類型的蓄電池單元或電容器作為存儲單元。由于在存儲和獲取能量時，當應用在車輛的、在此特別是用于商用車的傳動系中時，能量總量和功率相對較高，因此優選地將儲能量足夠高并且高功率的存儲單元用作存儲單元。這例如可以是鋰離子技術中的蓄電池單元，但或者特別是功率非常強的雙層電容器形式的存儲單元。這種電容器通常也稱為超級電容器、Supercaps或Ultra-Capacitors。

和現在是否使用具有高儲能量的超級電容器或蓄電池單元無關，在這種由多個總體上或以組塊形式彼此串聯的存儲單元組成的結構中，單個存儲單元的電壓取決于結構類型地被限制到上電壓值或者說閾電壓上。如果例如在對用于存儲電能的系統充電時超過了該上電壓值，那么通常會迅速縮短存儲單元的使用壽命。

基于預定的制造公差，單個的存儲單元在其特性(例如自放電)方面在實際中典型地彼此略微偏差。這導致單個的存儲單元具有的電壓比系統中的其它存儲單元小一些。然而由于對于總系統的最大電壓通常保持相等，并且這特別是在充電時典型的控制標準，因此不可避免地導致了，其它的存儲單元具有高一些的電壓，并且在充電過程中然后超過允許的電壓極限充電。如上面已經提到的那樣，這種過壓導致這些單個的存儲單元和進而是用于存儲電能的系統的可能的使用壽命顯著縮短。

另一方面，在其電壓方面顯著下降的存儲單元在用于存儲電能的系統中在循環運行中換極，這同樣迅速縮短使用壽命。

為了解決該問題，一般的現有技術主要認識到兩種不同類型的所謂的單元電壓補償，其分別居中或分散地構造。在中央的電子裝置中，所有組件例如組合在控制單元中，而在分散的結構中，在各一至兩個存儲單元上，單獨的組件例如安裝在特別用于該一至兩個存儲單元的小電路板上。單元電壓補償的通常普遍的專業術語在此幾乎不會有歧義，這是因為由此并不將單個的存儲單元的電壓或更確切地說能量在彼此間進行補償，而是僅僅使具有高電壓的單元在其過高的電壓方面減小。由于用于存儲電能的系統的(多個)總電壓保持固定，然而因此可以通過所謂的單元電壓補償使在其電壓方面減小的單元隨著時間推移再次在其電壓方面升高，從而至少由此減小了換極的危險。

在一種被動的單元電壓補償中，電阻并聯于每個單個的存儲單元并且因此使得用于存儲電能的系統持續不期望地放電并且也被加熱，除了這種被動的單元電壓補償，也使用了一種主動的單元電壓補償。在此附加地，電子閾值開關并聯于存儲單元并且串聯于電阻。如果單元的工作電壓處于預定的閾電壓之上，則這個也被稱為旁路電子裝置的結構因此僅僅總使得電流流動。一旦單個的存儲單元的電壓再次下降到預定的閾電壓以下的區域中，則斷開開關并且不再有電流流動。電阻通過開關總是經受外力，基于該事實，如果單個的存儲單元的電壓在預定的閾值以下，則也可以盡可能避免用于存儲電能的總系統不期望地放電。持續的、不期望的熱產生在主動單元電壓補償的這種解決方式中也不是問題。但是，通過該主動單元電壓補償無法有效地實現單元的單個電壓彼此間的補償，而是在超過閾電壓時利用較小的旁路電流使存儲單元放電，以便通過緩慢地減小過壓來限制這種超過情況。旁路電流在此僅僅這樣長地流動，直到用于存儲電能的系統被再次放電，這是因為在此低于相應的電壓極限并且重新斷開了開關。

在混合驅動裝置中，并且在此特別是在用于商用車、例如城市交通/短途交通中的公共汽車的混合驅動裝置中，用于存儲電能的系統的使用壽命具有決定性的重要意義。和在通常的傳動系中在適合于這種應用的功率級中不同的是，用于存儲電能的系統占據了混合驅動的成本的顯著部分。因此，在這種應用中特別重要的是獲得非常高的使用壽命。

除了所述的狀態、即單個的存儲單元的工作電壓在充電-/放電循環中不期望地超過閾電壓之外，存儲單元的工作溫度也是另一個對于使用壽命有決定性影響的參數。例如雙層-電容器的使用壽命顯著地取決于工作溫度和在此施加的電壓。例如當混合動力車輛在炎熱的環境中運行時不能確保用于存儲電能的系統的低溫。