CN102820442A - 蓄电池装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种蓄电池装置，尤其是用于汽车的启动器蓄电池装置，具有一个由多个电连接的蓄电池单元(1)组成的复合装置，并且每个蓄电池单元(1)都可以分别从复合装置中取下和替换。

Description

蓄电池装置
技术领域
本发明涉及一种蓄电池装置，尤其是用于汽车的启动器蓄电池装置。
背景技术
几十年来铅酸蓄电池一直使用在汽车上并且具有高度可靠性。大批量生产和许多竞争的制造商都掌握该技术的事实使这种蓄电池价格很便宜，导致即使现在它们仍然被安装在新的汽车上，尽管有新型的蓄电池可以使用，而且新型电池的自放电更小和能量密度更高，如果应用在汽车制造领域还可以减轻重量和节省燃料，这本应是一个吸引人的选择。坚持在汽车行业上使用铅酸蓄电池的另一个原因是，许多使用过其他类型蓄电池，例如笔记本电脑电池，手机电池等的私人消费者有这样的体验，即发现，这种新型蓄电池的使用寿命比铅酸蓄电池要短和更换电池的费用太高。
发明内容
不管这个印象是否客观，正确，本发明的目的仍然在于追求一种新的技术，其能够以让私人用户理解的方式降低一个蓄电池系统的运行成本。
上述目的通过一种蓄电池装置、尤其是用于汽车的启动器蓄电池装置来解决，所述蓄电池装置是一个由多个电连接的蓄电池单元组成的复合装置，并且每个蓄电池单元都可以分别从复合装置中取下和替换。
本发明考虑到如下事实：无论采用什么技术，单个蓄电池单元自己都不能为车内电网的运行提供传统上所需要的电压，为了形成这种电压，必须将多个蓄电池单元串联连接。但是，一个由串联连接的多个蓄电池单元组成的蓄电池装置的容量总是只有与其最弱的蓄电池单元的容量一样大，就是说，当一个串联电路中的一个蓄电池单元受损或只有原始容量的一小部分或者有一个过高的内电阻时，该蓄电池单元对能够存储在蓄电池装置内或又从中提取的电荷量，或蓄电池装置能够提供的电功率形成限制。如果在一个蓄电池装置中，每个蓄电池单元都可以单独地取下来，遇到上述情况时则可以对蓄电池单元单独进行检测和，不用花很多钱去更换整个蓄电池装置，只需更换较弱的或损坏的蓄电池单元，其它的可以继续使用。
在这里，蓄电池单元这个概念并不局限于单个电池。按照本发明的理解，一个蓄电池单元虽然可以是一个电池，但是也可以包含多个电池，尤其是由两个电池组成的串联电路，在后面还要对此进行详细说明。
不言而喻，这样一种蓄电池装置虽然在其蓄电池单元由还未最佳掌握的技术制造并因此有较高的故障或提前失效的几率的情况下特别有利，但是这种蓄电池装置原则上可以采用任何类型的蓄电池单元。
为了能够舒适和可靠地取下蓄电池单元，这种复合装置优选有一个框架，在框架内形成用于多个蓄电池单元的多个支座或多个容纳腔。
特别优选，本发明应用于其蓄电池单元被分成多个分组的蓄电池装置，其中，每分组都包含多个并联连接的蓄电池单元并且这些分组相互串联连接。如果各蓄电池单元的存储容量由于制造公差有变化，则各分组的存储容量也同样变化，各组的存储容量等于其所包括的各单个蓄电池单元容量相加得出的总和。
由于可以更换各个蓄电池单元，因此可以用不同容量的蓄电池单元这样编排组成各个分组，使各分组的存储容量的百分比差别明显低于各单个蓄电池单元的存储容量的百分比差别。如果在理想的情况下所有分组的存储容量都一样，则可以同时给全部的蓄电池单元充满电或全部放空和充分利用它们的存储容量。
各分组中的蓄电池单元数量越大，各分组的存储容量就愈发精确地统一一致。因此，优选每个组至少有三个蓄电池单元。
为了能够不用外部辅助工具检查蓄电池单元，蓄电池装置优选有一个检测电路作为其组成部件，用于检测每个蓄电池单元的容量。
比较适宜的是，也设有一个显示装置，用于显示至少一个识别一个单个蓄电池单元的指示信息和/或显示至少一个识别一对蓄电池单元的指示信息。这种识别单个蓄电池单元的指示信息可以指出一个有缺陷的蓄电池单元，其应该用新的蓄电池单元替换；识别一对蓄电池单元的指示信息则可以针对不同组的两个蓄电池单元，其指示将它们互换可降低所述不同组的存储容量之间的差别。
由于能量密度高和自放电低，以锂离子为载流子的蓄电池单元尤其是磷酸铁锂(LiFePO4)电池。
附图说明
下面将借助对实施示例的说明和附图对本发明进行详细的说明。该说明和附图中也包括权利要求中没有被提及的特征。这些特征也可以出现在与这里的专门介绍的组合不同的组合中。因此，基于多个这样的特征在同一句话中表述或根据上下文的联系用另一种方式表述的事实，并不会就此得出这样的结论，即，这些特征只能出现在这些专门介绍的组合中；相反的是，如果不会影响到本发明的功能性，这些特征原则上可个别地省去或予以变型设计。附图中：
图1为一个按照本发明的蓄电池装置的透视图；
图2为图1所示的蓄电池装置的电路连接图；
图3为在检查蓄电池单元时，图1所示的蓄电池装置的电路连接图；
图4为示例图，表示第一次检查图1所示的蓄电池装置可能得到的检查结果；
图5为示例图，表示第二次检查图1所示的蓄电池装置可能得到的检查结果；和
图6示出一个可选的电路连接图
具体实施方式
图1显示的一个含有20个蓄电池单元1的蓄电池装置，它们被分成4组2-1，2-2，2-3，2-4，每5个并排排列的蓄电池单元形成一组。蓄电池单元1呈圆柱形，在相对的端部有阳极3和阴极4。阳极和阴极各有一个轴向定位的螺纹孔5。
各蓄电池单元1的相对位置横向于它们的轴线地通过两个具有多个钻孔的框架元件6，7确定，所述各钻孔分别用于容纳支承各个蓄电池单元1的两端。框架元件6，7的间距可以通过(图中没有示出的)框架元件间的间隔保持件予以固定或通过所述框架元件分别局部地支撑在蓄电池单元的端面上予以固定。
电路板8-1，8-2，9-1，9-2，9-3用于在轴向上固定蓄电池单元1和使它们相互接触，所述电路板有一排或两排相互导电连接的穿孔10，穿孔与蓄电池单元1的螺纹孔对齐并可以通过(图中没有示出的)螺栓与这些蓄电池单元电连接。在每组2-1，......2-4内的蓄电池单元1的正负极朝向一致，在组与组之间不同，这样，当图1中所示的电路板8-1，8-2，9-1，9-2全部安装完毕时，在同组内的各个蓄电池单元1是并联连接和在2-1，......2-4各组之间是串联连接，见图2电路图。
由于能量密度高，优选使用锂离子电池作为蓄电池单元1，根据电极材料其端电压介于3.3V和3.8V之间。特别优选在汽车中使用磷酸铁锂电池，其端电压大约为3.3V，因为通过串联连接4个这种电池单元实现，输出电压相当精确地相当于当前大多数轿车中广泛使用的车载电源电压12V。
为了检测图1或图2所示的蓄电池装置的各个蓄电池单元1，与连接图1所示的电路板8-1，8-2的电源接线端子11类似，在所有三个上部的电路板8-1，8-2，9-2上安设测量接线端子12(见图3)，下部的电路板9-1，9-3则被电路板13替代，所述电路板13如图3所示有相应的内部电路结构，以便根据每组中的蓄电池单元1的数量将每两个属于不同组2-1，2-2或2-3，2-4的蓄电池单元1与每5个测量接线14中的其中一个连接。电路板13的测量接线14之一通过一个开关15与一个检测装置16连接。
图3所示的检测装置16包含一个检测电路17，该检测电路可以如图3中竖直箭头所示，与检测装置16的两个任意相邻的接线，即，分别与开关15的一条接线和一个测量接线端子12连接，从而给一个唯一的、通过选择接线端子和开关15的位置确定的蓄电池单元1，施加例如一个充电电流和测量所得出的充电电压，测量放电电流或执行其它的适合评判蓄电池单元1的质量和电容的测量。为了能够同时对不同分组的蓄电池单元1进行测量，可以规定在检测装置16内有多个检测电路17，例如每个分组2-1，2-2或2-3，2-4分别有一个检测电路。
图4显示的是这种测量的一个可能的测量结果示例，测量结果显示在一个与检测装置16连接的显示屏上或通过一个打印机输出。也可以考虑，根据与一个蓄电池单元1的相对位置在框架元件6或7上安装可以由检测装置16控制的显示元件，以便每个显示元件的状态显示相邻的蓄电池单元1的检测结果。在图4的两个最上面的分组2-1，2-2只包含完好的蓄电池单元1(在这里显示为正号)时，第三分组2-3中位于中间的那个蓄电池单元1损坏(在这里可以通过一个负号识别出)并应予以更换。最下面的分组2-4包含两个质量有问题的蓄电池单元1(显示为零)，并因此可能需要更换。
图5显示的是第二种类型的可能的检测结果。在这里，检测装置16借助测量各单个蓄电池单元1的容量计算各个分组2-1至2-4的总容量。因为分组2-1至2-4是串联连接，它们的总容量应尽可能地一样，从而能够尽可能一致地给全部的分组充电和放电，避免因极端充电或放电导致较弱的蓄电池单元1超负荷。例如，当测量结果显示，分组2-2的总容量特别的高，用户从图5所示的检测结果中获取到如下指示信息：即，将分组2-2的标有1或2的蓄电池单元1分别与检测装置16适当选出的，分组2-1或2-3中同样标有1或2的容量较小的蓄电池单元1互换，从而实现各分组的总容量尽可能地一致。
图6显示的是一个蓄电池装置的电路连接图，在所述蓄电池装置中可以通过电源接线11在充电/放电之间进行切换，从而可以用较少的费用对各蓄电池单元1进行检测。在这里，蓄电池单元1被合并成两个组18-1，18-2，其中每组有5个并联结构，每个并联结构由两个串联连接的蓄电池单元1组成。蓄电池装置同样可以有图1所示的结构，因此可以分别更换每个蓄电池单元1。在图6所示这种结构形式中，当通过电源接线11给蓄电池单元1充电和放电时，电路板13也保持安装状态，并且开关15有一个开关位置，在这个开关位置所述开关15使检测电路17不与测量接线14连接。在这种结构形式中，检测装置16可以持续保持在安装状态，因为，当开关15打开时，检测装置16的存在对蓄电池单元1的充电和放电过程没有影响。
当然，在这里可以通过检测装置16对蓄电池单元1的检测首先把有故障的蓄电池单元1挑出来，如前面参照图4所述。如果没有发现有故障的蓄电池单元1，检测装置16的下一个优化步骤是，分别成对地找出充电容量和/或内电阻值特别相似的蓄电池单元1，分别成对的两个蓄电池单元1应当串联。检测装置16随后把通过这种方式得到的10对蓄电池单元这样分配成两个分组18-1，18-2，使得两个分组的总容量之间的差别应尽可能地小。为了构建如此确定的蓄电池装置而必需实施的蓄电池单元1的互换，则会在一个与图5类似的图表中被显示出来。
附图标记表
1 蓄电池单元
2 分组
3 阳极
4 阴极
5 螺纹孔
6 框架元件
7 框架元件
8 电路板
9 电路板
10 穿孔
11 电源接线
12 测量接线端子
13 电路板
14 测量接线
15 开关
16 检测装置
17 检测电路
18 分组

Claims (10)

1.一种蓄电池装置，尤其是用于汽车的启动器蓄电池装置，具有一个由多个电连接的蓄电池单元(1)组成的复合装置，其特征在于，每个蓄电池单元(1)都可以分别从复合装置中取下和替换。
2.根据权利要求1所述的蓄电池装置，其特征在于，复合装置此外有框架(8，9)，在该框架内形成蓄电池单元(1)的支座。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电池装置，其特征在于，蓄电池单元(1)被分成多个分组(2-1，2-2，2-3，2-4)，其中，每分组都包含多个并联连接的蓄电池单元(1)和这些分组相互串联连接。
4.根据权利要求3所述的蓄电池装置，其特征在于，每分组(2-1，2-2，2-3，2-4；18-，18-2)包括至少三个相互并联的蓄电池单元(1)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池装置，其特征在于，该蓄电池装置有用于检测每个蓄电池单元(1)的容量的检测电路(17)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池装置，其特征在于，该蓄电池装置有显示装置，用于显示至少一个识别一个单个蓄电池单元的指示信息和/或显示至少一个识别一对蓄电池单元的指示信息。
7.根据权利要求6所述的蓄电池装置，其特征在于，识别单个蓄电池单元的指示信息指出一个有缺陷的蓄电池单元。
8.根据权利要求3和6所述的蓄电池装置，其特征在于，识别一对蓄电池单元的指示信息针对不同分组的两个蓄电池单元，其指示将这两个蓄电池单元互换可降低所述不同分组的存储容量之间的差别。
9.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池装置，其特征在于，蓄电池单元(1)以锂离子为载流子。
10.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池装置，其特征在于，蓄电池单元(1)是磷酸铁锂电池。
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