具有多個電化學單池的單池裝置以及用于運行其的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于運行多個電化學單池的方法以及具有多個電化學單池的單池裝置。本發(fā)明尤其涉及用于控制在單池組合中的端子電壓的單個單池的周期電路的優(yōu)化。
【背景技術】
[0002]為了提供預先限定的電特征量，多個電化學存儲單池通常被并聯(lián)和/或串聯(lián)連接為單池模塊。在單池運行時要注意，多個單池均勻地并且與其充電和老化狀態(tài)相協(xié)調地用于提供電能量。尤其在經(jīng)由電驅動的車輛的私人交通的增長的電力化的情況下，存在對耐用的和可靠的單池模塊的需求。為了調節(jié)能量供給量在此例如已知一種方法，其中蓄電池電壓以作為控制量的傳輸至單個單池的PWM信號來可調節(jié)地調整。在此PWM預定值由微控制器或者其他在單個單池上的邏輯單元繼續(xù)傳輸至功率電子器件，其以預先給定的周期信號(工作周期)將單池接入整個分路或者將單池橋接。該方法的缺點在于，事實上所有的單池都同時地接通或斷開，從而總的蓄電池電壓在其可能的最大值和O之間變化。輸出電壓的存在的振蕩需要相應的大的和成本高昂的節(jié)流裝置。因此本發(fā)明的任務在于，避免現(xiàn)有技術的該缺點。

【發(fā)明內容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明提出一種用于運行單池裝置的多個電化學單池的方法。在此能夠使用所有常用的蓄能池技術的蓄電池單池。例如能夠使用Pb-鉛蓄能池、NiCd-鎳鎘蓄能池、NiH2-鎳氫蓄能池、NiMH-鎳金屬氫蓄能池、L1-1on-鋰離子蓄能池、LiPo-鋰聚合物蓄能池、LiFe-鋰金屬蓄能池、LiMn-鋰猛蓄能池、LiFe04_鋰鐵磷酸鹽蓄能池、LiT1-鋰鈦酸鹽蓄能池、RAM-可充電堿性錳、N1-Fe-鎳鐵蓄能池、Na/NiCl-鈉氯化鎳高溫度蓄電池、SCiB-超級電荷離子蓄電池、銀鋅蓄能池、硅蓄能池、釩氧化還原蓄能池和/或鋅溴蓄能池的類型的蓄電池單池。尤其能夠使用鉛/酸、鎳鎘、鎳金屬氫和/或鈉/鈉氯化鎳單池的類型的蓄電池單池。尤其優(yōu)選地使用鋰離子單池類型的蓄電池單池。該單池裝置能夠例如用于運行前進裝置、尤其是用于私人交通的車輛。在此，根據(jù)本發(fā)明的方法包括限定用于單池裝置的第一單池的第一開關預定值的步驟。通過第一開關預定值限定第一單池的能量供給特性。這能夠例如限定與其他單池或者絕對參考的比例。尤其地，開關預定值能夠被預定為根據(jù)脈寬調制(PWM)形式的接通/斷開比例(占空比或者“工作周期”)。這例如能夠在中央的蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)、在單池模型控制器或者在單個單池的控制器之內實現(xiàn)。該方法此外還包括生成用于將第一單池和第二單池接入單池裝置的高級別的周期信號的步驟。該高級別的周期信號在此例如能夠對應于對單池裝置的總的能量需求。替換地或附加地，能夠生成用于將第一單池和第二單池從單池裝置斷開的高級別的周期信號。根據(jù)本發(fā)明的方法包括借助于單池專屬的第一周期偏移信號來延遲第一單池的根據(jù)第一開關預定值的接入和/或斷開時間點的步驟。換言之，根據(jù)用于第一單池的開關預定值的高級別的周期信號借助于單池專屬的信號而延遲，使得第一單池的接入和/或斷開時間點與每個其他的單池不一定同時地發(fā)生。在此，周期偏移信號尤其在第一單池的控制器內生成。因此，根據(jù)本發(fā)明避免了單池裝置的電壓上升規(guī)則地在單池裝置的電壓的可能的最大值和O之間變化。
[0004]從屬權利要求示出本發(fā)明的優(yōu)選的改進。
[0005]此外優(yōu)選地，能夠通過單池專屬的第二周期偏移信號來延遲根據(jù)第二開關預定值的第二單池的接入和/或斷開。換言之，對于單池裝置的第二單池生成相應于第一單池的自身的周期偏移信號，并且用于避免同時發(fā)生接通和/或斷開時間點。由此得出優(yōu)點，如其已在之前與第一單池關聯(lián)地實施的。
[0006]優(yōu)選地，在第一單池中生成第一周期偏移信號并且在第二單池中生成第二周期偏移信號。換言之，周期偏移信號相對于高級別的周期信號分散地生成。這例如能夠僅在與第一單池相關的或僅在與第二單池相關的單池控制器中實現(xiàn)，替換地，然而也通過與多個單池相關的單池控制器實現(xiàn)。以這種方式，尤其能夠在確定各個存儲單池的狀態(tài)的位置處生成周期偏移信號。以這種方式，得出單池裝置的信息處理的子結構的模塊化的結構并且能夠節(jié)省信號化過程。
[0007]優(yōu)選地，通過隨機算法變化第一周期偏移信號和替換的或附加的第二周期偏移信號。換言之，用于使用第一單池和/或第二單池的高級別的周期信號的延遲不是在每個周期中都是相同的，而是隨機變化的。在此，隨機算法能夠尤其地為第一單池和/或第二單池提供不同的值。顯而易見地，每個用于生成相應的周期偏移信號的隨機算法能夠用于單池。替換地或附加地，用于延遲高級別的周期信號的各個預先限定的值能夠在應用時用于各個單池并且相應于周期偏移信號地延遲。該設計方案避免了位于單池裝置中的多個電化學單池的通常同時的接通。因此能夠省略所要求的用于平整化的節(jié)流器。
[0008]尤其地，單池專屬的第一周期偏移信號和單池專屬的第二周期偏移信號能夠是不同的。這例如能夠通過高級別的周期信號的用于小區(qū)專屬的延遲的不同的預先限定的值來實現(xiàn)。替換地，能夠為第一單池使用隨機算法并且為第二單池使用固定的作為周期偏移信號的預先限定的值。
[0009]優(yōu)選地，通過附加于第一周期偏移信號地通過單池專屬的第三周期偏移信號來延遲用于開關第一單池的高級別的周期信號，第一單池和所述第二單池的量值適應于單池裝置的能量供給。在此，根據(jù)第一單池的狀態(tài)產(chǎn)生第三周期偏移信號并且尤其根據(jù)第一單池的狀態(tài)確定第三周期偏移信號的大小。換言之，通過第一周期偏移信號不僅僅實現(xiàn)每個接通時間點的延遲，也實現(xiàn)用于定量第一單池并和因此的總的單池模塊的功率供給的開關預定量的單池專屬的調整。在此，第三周期偏移信號能夠相應于第一單池的預先限定地確定的狀態(tài)而生成和應用。此外，尤其能夠在單池狀態(tài)和第三周期偏移信號之間實現(xiàn)量的關聯(lián)。換言之，能夠例如在使用第一單池之前，以第一單池的變得更差的老化狀態(tài)和/或充電狀態(tài)如此延遲高級別的周期信號，使得得到在更長的時間段上觀察的用于第一單池的其他的接通/斷開比例。替換地或附加地，能夠基于用于開關第二單池的高級別的周期信號附加地通過單池專屬的第四周期信號來延遲，根據(jù)第二單池的狀態(tài)產(chǎn)生第四周期信號并且尤其根據(jù)第二單池的狀態(tài)確定第四周期信號的大小。其相應于關于第三周期信號的與第一單池關聯(lián)的實施。
[0010]優(yōu)選地，第三周期偏移信號和/或第四周期偏移信號將高級別的周期信號延遲超過周期信號的一個周期。以這種方式，有能力的單池為總的電壓(能量供給或功率供給)做出更大的貢獻并且弱的單池做出較小的貢獻。在此，首先高級別的周期信號延遲超過一個周期，由此各個開關預定值能夠正確地被單池控制器獲取并且在第二步驟中能夠調節(jié)第三周期偏移信號以及根據(jù)上面所描述的生成工作周期(接通/斷開比例)的方法。
[0011]進一步優(yōu)選地，開關預定值為工作周期或者占空比、尤其是脈沖寬度調節(jié)(PffM)占空比。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面提出了一種具有多個電化學單池的單池裝置。該單池裝置包括第一電化學單池和第二電化學單池。該單池裝置還包括與第一單池相關的第一功率電子器件和與第二單池相關的第二功率電子器件以及用于生成開關預定值的信號生成單元。該第一以及第二功率電子器件在此例如能夠被實施為可控的開關，其相應于(根據(jù)本發(fā)明的延遲的)高級別的周期信號。該單池裝置還包括第一邏輯單元和第二邏輯單元，其分別與第一單池或第二單池相關。根據(jù)本發(fā)明，第一功率電子器件和所述第二功率電子器件被設置為，將第一單池或第二單池接入單池裝置或者相對于單池裝置橋接。在此，根據(jù)本發(fā)明的單池裝置被設置為執(zhí)行如上詳細描述的方法。根據(jù)本發(fā)明的單池裝置的優(yōu)點也相應地由對于根據(jù)本發(fā)明的方法的上面的實施而得出。
[0012]優(yōu)選地，單池裝置包括第一單池和第二單池的串聯(lián)電路和/或并聯(lián)電路。換言之，根據(jù)本發(fā)明的前述的開關過程用于，將第一和第二單池連接為串聯(lián)電路或在串聯(lián)電路內橋接，或者將第一和第二單池連接為并聯(lián)電路或從并聯(lián)電路分離。該裝置能夠實現(xiàn)單池所包括的電化學存儲模塊的電特征量的靈活的調節(jié)。
【附圖說明】
[0013]下面參考所附附圖詳細闡述本發(fā)明的多個實施例。在附圖中:
[0014]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的單池裝置的原理框圖；