[发明专利]用于存储电能的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分详细限定的类型的、用于存储电能的装置。此外本发明还设计一种用于运行这种装置的方法。

背景技术

由通常的现有技术已知了用于存储电能的装置、并且在此特别是用于存储电动车辆中或特别是混合动力车辆中的牵引电能的装置。以典型的方式，这种用于存储电能的装置借助于单个的存储单元设计而成，存储单元例如彼此电串联和/或并联。原则上，可以考虑不同类型的蓄电池单元或电容器作为存储单元。由于在存储和获取能量时，在用于车辆的、在此特别是用于商用车的传动系中应用时，能量总量和功率相对较高，因此将能量存储量足够高的存储单元用作存储单元。这例如可以是锂离子技术中的蓄电池单元，但或者特别是功率非常强的电容器形式的存储单元。这种电容器通常也称为超级电容器、Supercaps或Ultra-Capacitors。

和现在是否使用具有高能量存储量的超级电容器或蓄电池单元无关，在这种由多个总体上或以单元组形式彼此串联的存储单元组成的结构中存在的问题是，单个存储单元的电压取决于结构类型地限制于上电压值。如果例如在对用于存储电能的装置充电时超过了该上电压值，那么通常会迅速缩短存储单元的使用寿命。基于预定的制造公差，单个的存储单元在其特性(例如自放电)方面在实际中典型地彼此略微偏差。这导致单个的存储单元具有的电压比装置中的其它存储单元小一些。然而由于对于总的装置的最大电压通常保持相等，并且这特别是在充电时典型的控制标准，因此不可避免地导致了，其它的存储单元具有高一些的电压并且在充电过程中然后超过允许的电压极限充电。如上面已经提到的那样，这种过压导致这些单个的存储单元和进而是用于存储电能的装置的可能的使用寿命显著缩短。另一个问题在于，单个的存储单元基于较高的自放电而在其电压方面比其它存储单元更快地下降。这在相当长的时间内可以导致存储单元在其电压电位方面总是进一步分离。在最坏的情况下，在用于存储电能的装置中出现了下降的存储单元的换极。这可能迅速缩短其使用寿命并且绝对必须避免。

为了解决该问题，一般的现有技术主要认识到两种不同类型的单元电压补偿，其分别居中或分散地构造。在中央的电子装置中，所有组件例如组合在控制单元中，而在分散的结构中，在各一至两个存储单元上，单独的组件例如安装在特别用于该一至两个存储单元的小电路板上。单元电压补偿的通常普遍的专业术语在此几乎不会有歧义，这是因为由此并不将单个的存储单元的电压或更确切地说能量在彼此间进行补偿，而是仅仅使具有高电压的单元在其过高的电压方面减小。由于用于存储电能的装置的总电压保持固定，然而因此可以通过所谓的单元电压补偿使在其电压方面减小的单元随着时间推移再次在其电压方面升高，从而至少由此减小了换极的危险。

对于单元电压补偿的第一个可能性是所谓的被动单元电压补偿。在此，电阻并联于每个单个的存储单元。相对较高地选择电阻，但仍然始终使得各个存储单元的多倍的典型的自放电电流流过。因此在这段时间内调整用于每个存储单元的大约相等的电压。然而该结构的缺点在于，已经在相对较短的时间后不再有电能存在于存储器中，这是因为由于电阻持久地并联于每个单独的单元，因此尽管较小的、但还是存在的电流流动，并且用于存储电能的装置因此持久地进行放电。问题还由此变得更加尖锐，即通过电阻中的电流消耗而产生了热量，其通常在用于存储电能的装置的区域中是不希望产生的，并且必须典型地被冷却。因此在这种类型的被动单元电压补偿中产生了严重的缺点，其特别在电损耗方面和不希望的热产生中出现。

一般的现有技术中的另一个方式是所谓的主动的单元电压补偿。在此附加地，电子阈值开关并联于每个存储单元并且串联于电阻。如果单元具有过压、即在用于单个的单元的预定极限值以上的电压，则这个也被称为旁路电子装置的结构因此仅仅总使得电流流动。一旦单个的存储单元的电压再次下降到预定极限值以下的区域中，则断开开关并且不再有电流流动。由此，即可以使用较小的欧姆电阻，该结构此外可以引起比上面说明的变体更快的单元电压补偿。电阻通过开关总是经受外力，基于该事实，如果单个的存储单元的电压在预定的极限值以下，则也可以尽可能避免用于存储电能的总装置的不期望的放电。持续的、不期望的热产生在主动单元电压补偿的这种解决方式中也不是问题。