[发明专利]平衡储能设备的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对储能装置进行平衡的方法和系统，更具体涉及串联储能装置。进一步地，本发明涉及一种组件，该组件包括串联储能装置和这样的平衡系统。另外，本发明涉及此类用于平衡串联的双电层电容器、锂电容器、电化学电池装置和电池组、以及锂电池装置如锂-聚合物和锂-离子电池装置的系统或方法的用途。

背景技术

本发明涉及一种用于对储能装置进行平衡的方法和系统，更具体涉及串联储能装置。进一步地，本发明涉及一种组件，该组件包括串联储能装置和这样的平衡系统。另外，本发明涉及此类用于平衡串联的双电层电容器、锂电容器、电化学电池装置和电池组、以及锂电池装置如锂-聚合物和锂-离子电池装置的系统或方法的用途。

发明背景

近来，在增强储能介质特别是大量串联储能装置方面做出了许多努力。这样的串联用在例如用于公共汽车、废物收集交通工具、叉车和电动车的混合动力驱动系中。

通常，用于媒体和高电压应用的串联储能装置包括大量储能装置。例如，由于在双层电容器的情况下储能装置的最大电压限于例如约2.5V到3.0V，因此数目在20到25范围中的储能装置需要串联从而形成输送例如60V电压的储能装置堆。

串联储能装置的一般问题是：由于例如自放电、电容、内阻和温度的差异，每个单独的储能装置的特性变化在单独的储能装置之间产生导致所谓不平衡堆的差异，该差异导致利用情况不佳的储能装置，除非执行充电均衡。

为解决以上问题，开发了用于平衡串联储能装置的系统。

最广泛使用的系统是使用耗散元件(例如电阻器)对储能装置的电荷进行分流。由于主要缺点是平衡需要保持在非常低的速率从而减轻相对高的散热，因此这是一个简单但能效非常低的途径。

能效更高并因此可在高速下操作的途径是储能装置之间充电的往复。这可通过使用中间储能元件(例如电容或电感元件)完成。

例如，WO 97/44877描述了一种用于串联连接电池的自动电池均衡的开关电容器系统。系统为每对电池包括一个电容器和多个开关元件。每个电容器在预定电池对之间来回切换以便转移电荷并使该对中的每个电池的输出电压均衡。

以上系统的主要缺点是能量电荷总是经相邻器件分布通过串联。换言之，平衡大量储能装置会花费大量的时间，并且在扩充储能装置的数目时，该时间量增加。

在解决以上问题的尝试中，US 6,404,165描述了一种系统，其中一个电容器可以与至少两个储能装置并联，并且其中电压监控装置用来监控这些储能装置各自的电压，并选择两个有待相互平衡的器件。

该现有技术系统的明显缺点是每个单独的储能装置的电压测量用于平衡每个单独的储能装置。此类系统技术复杂并因此产生高生产和实施成本。

在US2004/0246635中描述了此类现有技术的另一实例并在图1、图2a和图2b中对其进行了展示，其中开关串联S1和S2交替切换，使电容器(37)和(38)随后分别并联放入(B1)和(B2)与(B2)和(B3)。

该方法的主要缺点是其不能在串联的不相邻储能装置之间有效再分布电荷。所有这种电荷再分布要求使过程缓慢且有损耗的多个顺序转移操作。

考虑到以上内容，本发明的目标是：即使在扩充串联到大量储能装置时或在重负荷应用要求迅速连续重复交替能量输送和存储的情况下，提供一种用于平衡串联储能装置的系统和方法，能实现效率改善并耗时更少的平衡。

进一步地，本发明的目标是提供一种平衡串联储能装置的系统，该系统具有简化的结构而且允许可在任何时间启动或关闭的自动控制平衡。

本发明的另一目标是提供一种用于平衡串联储能装置的低成本系统和方法，本发明可容易地扩展到大量储能装置。

本发明的另一个目标是提供一种用于平衡串联储能装置的系统和方法，本发明可容易地扩展到不同类型的储能装置。

本发明通过提供一种系统和方法来实现以上目标，其中中间储存元件连接在一个或数个相邻储能装置的一对不相邻区段之间，并且其中在使该对不相邻区段的更为正压的端子(A)经所述中间储存元件相互连接与使更为负压的端子(B)经所述中间储存元件相互连接之间顺序地切换。

发明内容

本发明是针对一种平衡串联储能装置的系统，该系统包括：

a)一个中间储存元件，该中间储存元件连接在串联储能装置的一个或数个相邻储能装置的一对区段之间，所述区段各自在一端具有一个更为正压的端子(A)并在其另一端具有一个更为负压的端子(B)；