[發明專利]具有兩個支路、橋接不同數量的存儲元件的電池的平衡

在審

• 申請號: 201480062729.X
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN105765820A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: L·加尼厄爾;A-L·德里邁爾-佛朗哥;C·福爾熱
• 申請（專利權）人: 雷諾兩合公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 馬文斐

技術領域

本發明涉及對具有至少兩個并聯支路的電能蓄電池的元件進行電壓平衡的領域。

更確切地，本發明涉及用于管理至少包括第一支路和第二支路的電能蓄電池的方法和裝置，該第一支路和該第二支路并聯地電連接并且各自具有串聯地電連接的N個存儲元件。

背景技術

在電動車輛中使用的(例如鋰離子類型的)電池是通過一組存儲元件(例如電化學電池單元)形成的，這些存儲元件串聯地組裝以便達到由應用所要求的電壓水平。另一方面，為了達到由應用所要求的容量水平，電池可以包括與這些存儲元件并聯的組件。這就是為什么通常的情況是電能蓄電池包括多個支路，這些支路在并聯組件中彼此電連接并且各自包括在串聯組件中彼此電連接的多個存儲元件。支路的數量取決于所尋求的容量。沿每個支路串聯連接的元件的數量進而取決于所尋求的電壓。

當前的制造工藝不可能獲得完全相同的存儲元件，尤其是在例如其容量和其內電阻的特征方面。此外，這些元件在電池的使用壽命的過程中由于其在電池中的定位而曝露于不同的溫度變化，這致使所述元件的老化不均勻。當相同的電流流經這些具有不同特征的元件時，所述元件變得不平衡，并且就這個意義而言其充電狀態是不同的。

用于修正這種不平衡的電池管理裝置是已知的，從而允許優化使用包含在電池中的能量(使用范圍是通過較大程度充電的元件和較小程度充電的那些元件來確定的)。可以基于關于這些元件的充電狀態(“SOC”)的信息或者基于所述元件的電壓或空載電壓來進行平衡。

目前使用的平衡方法是主動或被動的：

-被動(或耗散)平衡在耗散元件(電阻器)中對較大程度充電的存儲元件進行放電，從而使得所述存儲元件全都具有相同的充電狀態；

-主動(或非耗散)平衡將較大程度充電的元件的能量轉移至較大程度放電的元件，以便朝相同的充電狀態收斂。

現今，‘被動’平衡系統的目的是在電阻器中消耗較大程度充電的電池單元的能量，并且因此它們不限制電池的元件組的充電：因此損失了能量。在電池放電過程中使用這種技術引起電池的電壓降低，這引起為了使電池遞送給定功率所必需的電流的增加并且不允許自主性增加。

相反，‘主動’平衡的目的是將較大程度充電的電池單元的能量分配至較小程度充電的電池單元并且可以獲得自主性。主動平衡電路相對復雜并且通常使用例如變壓器等能量傳遞器件。這些能量傳遞鏈具有不統一的轉換率。

本發明涉及非耗散平衡的領域。

從文件EP1869748B1中已知一種平衡解決方案，該平衡解決方案描述了橋接包含在電池的每個模塊中的多個電池單元、然后橋接所有模塊的原理。然而，這種解決方案不是非常靈活，因為所有的模塊和電池單元是獨立于各個電池單元的實際需要來平衡的。這種解決方案的另外的主要缺點是，它只能當該電池不在使用時(即，只能在該電池斷開連接并且既沒充電也沒放電時)進行，這是由于以下事實：連接和斷開連接導致在電池的端子處的電壓中的突然變化。

文件EP2363935A1描述了一種開關結構，其中，每一級都配備有三個開關。該平衡系統在第一時段過程中將一個支路的序數為n的存儲元件并聯連接至另一個支路的序數為n的存儲元件。該平衡系統然后在第二時段過程中將主要支路的序數為n的存儲元件并聯連接至次級支路的序數為n-1的存儲元件。該平衡系統然后在第三時段過程中將主要支路的序數為n的存儲元件并聯連接至次級支路的序數為n+1的存儲元件。無論哪個時段，橋接僅考慮主要支路的一個級相對于次級支路的僅另一個級。平衡電流受限，這并不是完全令人滿意的。另一方面，在每個時段，主要支路的每個級并聯連接至次級支路的一個級，使得該平衡解決方案在特定于這些支路的不同存儲元件的實際需要的適配和實施方面缺少靈活性。

發明內容

本發明的目的是提出一種用于管理電池的策略，該策略克服了以上討論的這些缺點。

第一目的具體是能夠非耗散地(即，借助于電荷轉移)平衡電池。

第二目的是比“非耗散平衡”類型的當前解決方案以更低的成本提供一種更簡單的解決方案。

第三目的是提供一種靈活的解決方案，使得能量能夠在電池的任何元件之間傳遞，無論該電池是否處于使用中。

第四目的是提供一種解決方案，該解決方案提供短的平衡持續時間并且改善對分開考慮的存儲元件的實際需要的適配。

我們將在申請人接受之后在此重新復制權利要求書

附圖說明