[发明专利]用于能量存储系统的平衡充电状态的装置和方法

说明书

本发明涉及一种用于平衡充电状态的装置(1)，具有：至少两个储能模块(13)，其中在储能模块(13)中的每个处施加了储能模块电压(U_M)；至少两个电压转换模块(20)，其中各一个电压转换模块(20)与储能模块(13)中的各一个电连接成各一个子模块(40)；电机(30)，其与至少两个子模块(40)电连接；和控制装置(11)，其设计用于控制在子模块(40)中的至少一个和电机(30)之间的电能流。

技术领域

本发明涉及一种用于平衡充电状态的装置和用于平衡充电状态的方法。

背景技术

为了给电组件供能，通常设置有蓄电器或功率存储器。这种蓄电器或功率存储器例如能够是提供电池电压的电池，或者电容器。为了达到期望的电压高度，电池通常连接成电池堆叠。在低伏应用场合中，电压高度通常设置为低于60伏，在高伏应用场合，电压高度通常设置为大于60伏，特别是大于100伏。高伏应用场合中的蓄能器例如能够设置用于为电机、例如机动车中的电动机供应能量。

特别是对于高伏应用场合，单个电池堆叠的电压通常不足够。为了实现更高的电压，特别是高伏电压，能够提出，多个电池堆叠用于为电组件、例如电动机供能。通常为此将多个电池堆叠串联成电池系统，待供给的电组件连接到电池系统。因此为电组件提供了各个电池堆叠处的电压之和。

由于可能不同的老化现象、制造公差和负载特性或者甚至不同的电池化学物质，电池堆叠能够具有相互不同的充电状态和不同的阻抗。这导致串联连接的电池堆叠在运行时不同程度地放电和充电，并且此时可能处于临界的充电状态。不同的充电状态通常利用所谓的充电状态平衡法、或者也称为平衡方法得以平衡。如果没有适当的平衡，就不能保护使用寿命地并且充分地利用全部被装载的电池能量，或者可能将就采取可能局限电池系统的可能运行范围的运行策略。

在现有技术中，目前主要采用所谓的耗散平衡方法(dissipative Balancing-Verfahren)。在此，其充电状态最高的电池堆叠或电池单元通过以下方式放电，通过并联连接的电阻将该电池堆叠或电池单元的充电能转化为热量。也就是说，更强地充电的电池堆叠或电池单元的多余能量通过在欧姆平衡电阻中的损耗而降低。这种平衡方法通常由电池管理系统监控。

该耗散性的方法通常能效低，并且由于通过电池管理系统进行的大耗费的监控而具有高成本。此外证明为不利的是，通过对电池针对性地放电经由欧姆电阻产生废热，其不能在所有的运行点中有效地利用。此外，这有时候不是在每种运行状态中都能实现。

发明内容

本发明的目的在于，实现一种用于平衡充电状态的、高能效且成本低廉的装置以及方法，利用其能够实现保护使用寿命地且高效地使用电池系统。

根据本发明的装置用于平衡充电状态。该装置尤其用于针对性地控制充电状态。该装置包括：至少两个储能模块，其中在储能模块的每个处都施加储能模块电压；至少两个电压转换模块，其中各一个电压转换模块与储能模块中的各一个电连接成各一个子模块；电机，该电机与至少两个子模块电连接；和控制装置，该控制装置设计用于控制在子模块中的至少一个和电机之间的电能流。

换句话说，这意味着，各一个储能模块或者功率存储模块、例如电池堆叠和/或电容器与各一个电压转换模块连接成子模块。在每个子模块中，储能模块提供储能模块电压，其施加在所连接的电压转换模块处。因此，每个子模块形成了独立的模块化电压供给装置。唯一的电机、例如电动机连接到至少两个子模块处。在此，电机能够具有多个独立的绕组，其与相应的子模块连接。