[发明专利]特别是用于机动车的能量存储设备

说明书

技术领域

本发明涉及包括串联连接的能量存储单元的组件的能量存储设备。 

本发明特别适合于用在机动车辆的领域中，该能量存储设备被配置为例如在机动车的恢复制动阶段期间充电以及在机动车的起动和加速阶段期间放电。 

背景技术

一般说来，对于一行串联连接的能量存储单元，例如每个单元包括超级电容器，由于以下原因，在单元之间可能出现一些充电电压差： 

-单元的生产过程中固有的电容值之间的差， 

-不同强度的漏电流的存在。 

这些差随时间的持续可能引起承受最高充电电压的单元的老化加速，或者甚至损坏。 

已经提出不同的方法来校正这些不平衡。 

例如，US专利申请2003/0214267公开了一种由串联装配的一行单元(例如电容性单元)组成的能量存储系统。此系统对于每个单元都包括平衡电路，用以平衡与单元有关的漏电流。该平衡电路由一个电阻器和一个二极管形成。该申请US 2003/0214267还描述了一种合并有运算放大器的平衡电路。 

还从US专利5,659,237中了解到一种用于平衡一行串联连接的能量存储单元内的电荷的设备。该设备包括回扫类型的变压器，使得在MOSFET晶体管的每个开关周期中可以向该行中呈现最低电压的那些单元传送特定量的能量。该设备从本身连接到AC电源的充电器汲取要被传送的能量。 

US专利申请2005/0269988描述了一种实现两级(即，模块内和模块间)平衡的能量存储设备。 

US专利6,771,045描述了一种用于使用处理器为电池组件充电以及平衡电池组件的设备。 

US专利6,150,795描述了通过使用具有两个初级和次级绕组的变压器来 对电池充电的同时平衡电池。这些绕组具有相同的匝数。 

US专利5,594,320描述了利用包含与单元数相同的绕组数的变压器来平衡单元中的电荷。 

本发明具体目的在于进一步改善串联连接的能量存储单元的平衡。 

发明内容

因此，本发明的目的是能量存储设备，具体地是用于机动车的能量存储设备，包括： 

-串联连接的能量存储单元的组件， 

-平衡电路，被配置为使得能够从所述单元中的至少一个汲取能量以及从而将如此汲取的能量分配给所述单元的至少一个其它单元。 

在本发明的一个实施例中，该平衡电路被配置为，在该能量存储设备的放电阶段期间，使得仅仅利用从该设备的能量存储单元中的至少一个汲取的能量来提高该单元中的至少一个的充电电压。 

具体地，本发明通过将能量增加到具有最低充电电压的那些单元中，来在伴随着单元的组件的自然放电的同时使得补偿能量存储单元的漏电流之间的差，从而确保放电期间的自动平衡。 

由于实现平衡单元的电压的能量是从单元的组件本身获得的，而没有任何外部能量源，因此根据本发明的能量存储设备能够与其充电状态无关地保持对称地充电，包括对于非常低的充电电压值。 

当机动车在工作时，该串联的单元的组件可以永久地用于积累电荷或者使其自身放电以提供电力。在机动车工作的同时利用单元组件时，不必要断开或切断平衡电路。该平衡电路可以被配置为使得它可以永久连接到机动车的电源网络。 

本发明还可以保证能量存储设备能够消耗尽可能少的来自于单元的能量，特别是在利用电阻器来实现平衡的情况下。 

因而，单元的放电时间可以相对较长。 

有利地，该平衡电路被配置为使得将单元对称放电到至少低于该单元的最大可用电压的1/3的电压，具体地至少低于1/10的电压，优选地至少低于1/20的电压。 

例如，对于串联的十个单元的组件，在充电状态下其外部端子处的电压 大约为20伏，在一些情况下，该单元的放电可以导致该组件的端子处的充电电压的值接近2V。在这种情况下，在深放电状态下(例如，当机动车保持在停车场停止很长时间时)单元之间的电压差可以小于0.2V。 

即使当存在深度放电时，并且因为单元之间的这些低的电压差，也可以由机动车的电源电子设备以非常高的电流快速地将电池再充电到高电压值，而不存在某些单元中过电压的风险。 

在本发明的另一个实施例中，该平衡电路被配置为使得可以由外部能量源为它供电，具体地由机动车的电池为它供电，目的是将单元的放电限制到预定的电压阈值，保持单元的组件的端子处的电压，具体地保持在大约电池的电压。