CN105229891A - 具有多个电化学单池的单池装置以及用于运行其的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种方法和单池装置，借助于其根据高级别的周期信号来控制用于电的能量供给的单池装置的电化学单池。为了不使得基于高级别的周期信号的每个单池的接入和/或断开时间点全部同时地发生，并且降低总的蓄电池电压的平整化的花费，借助于单池专属的第一周期偏移信号来偏移基于用于第一单池的高级别的周期信号的根据第一开关预定值的开关时间点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于运行多个电化学单池的方法以及具有多个电化学单池的单池装置。本发明尤其涉及用于控制在单池组合中的端子电压的单个单池的周期电路的优化。
背景技术
为了提供预先限定的电特征量，多个电化学存储单池通常被并联和/或串联连接为单池模块。在单池运行时要注意，多个单池均匀地并且与其充电和老化状态相协调地用于提供电能量。尤其在经由电驱动的车辆的私人交通的增长的电力化的情况下，存在对耐用的和可靠的单池模块的需求。为了调节能量供给量在此例如已知一种方法，其中蓄电池电压以作为控制量的传输至单个单池的PWM信号来可调节地调整。在此PWM预定值由微控制器或者其他在单个单池上的逻辑单元继续传输至功率电子器件，其以预先给定的周期信号(工作周期)将单池接入整个分路或者将单池桥接。该方法的缺点在于，事实上所有的单池都同时地接通或断开，从而总的蓄电池电压在其可能的最大值和0之间变化。输出电压的存在的振荡需要相应的大的和成本高昂的节流装置。因此本发明的任务在于，避免现有技术的该缺点。
发明内容
根据本发明提出一种用于运行单池装置的多个电化学单池的方法。在此能够使用所有常用的蓄能池技术的蓄电池单池。例如能够使用Pb-铅蓄能池、NiCd-镍镉蓄能池、NiH2-镍氢蓄能池、NiMH-镍金属氢蓄能池、Li-lon-锂离子蓄能池、LiPo-锂聚合物蓄能池、LiFe-锂金属蓄能池、LiMn-锂锰蓄能池、LiFeO4-锂铁磷酸盐蓄能池、LiTi-锂钛酸盐蓄能池、RAM-可充电碱性锰、Ni-Fe-镍铁蓄能池、Na/NiCl-钠氯化镍高温度蓄电池、SCiB-超级电荷离子蓄电池、银锌蓄能池、硅蓄能池、钒氧化还原蓄能池和/或锌溴蓄能池的类型的蓄电池单池。尤其能够使用铅/酸、镍镉、镍金属氢和/或钠/钠氯化镍单池的类型的蓄电池单池。尤其优选地使用锂离子单池类型的蓄电池单池。该单池装置能够例如用于运行前进装置、尤其是用于私人交通的车辆。在此，根据本发明的方法包括限定用于单池装置的第一单池的第一开关预定值的步骤。通过第一开关预定值限定第一单池的能量供给特性。这能够例如限定与其他单池或者绝对参考的比例。尤其地，开关预定值能够被预定为根据脉宽调制(PWM)形式的接通/断开比例(占空比或者“工作周期”)。这例如能够在中央的蓄电池管理系统(BMS)、在单池模型控制器或者在单个单池的控制器之内实现。该方法此外还包括生成用于将第一单池和第二单池接入单池装置的高级别的周期信号的步骤。该高级别的周期信号在此例如能够对应于对单池装置的总的能量需求。替换地或附加地，能够生成用于将第一单池和第二单池从单池装置断开的高级别的周期信号。根据本发明的方法包括借助于单池专属的第一周期偏移信号来延迟第一单池的根据第一开关预定值的接入和/或断开时间点的步骤。换言之，根据用于第一单池的开关预定值的高级别的周期信号借助于单池专属的信号而延迟，使得第一单池的接入和/或断开时间点与每个其他的单池不一定同时地发生。在此，周期偏移信号尤其在第一单池的控制器内生成。因此，根据本发明避免了单池装置的电压上升规则地在单池装置的电压的可能的最大值和0之间变化。
从属权利要求示出本发明的优选的改进。
此外优选地，能够通过单池专属的第二周期偏移信号来延迟根据第二开关预定值的第二单池的接入和/或断开。换言之，对于单池装置的第二单池生成相应于第一单池的自身的周期偏移信号，并且用于避免同时发生接通和/或断开时间点。由此得出优点，如其已在之前与第一单池关联地实施的。
优选地，在第一单池中生成第一周期偏移信号并且在第二单池中生成第二周期偏移信号。换言之，周期偏移信号相对于高级别的周期信号分散地生成。这例如能够仅在与第一单池相关的或仅在与第二单池相关的单池控制器中实现，替换地，然而也通过与多个单池相关的单池控制器实现。以这种方式，尤其能够在确定各个存储单池的状态的位置处生成周期偏移信号。以这种方式，得出单池装置的信息处理的子结构的模块化的结构并且能够节省信号化过程。
优选地，通过随机算法变化第一周期偏移信号和替换的或附加的第二周期偏移信号。换言之，用于使用第一单池和/或第二单池的高级别的周期信号的延迟不是在每个周期中都是相同的，而是随机变化的。在此，随机算法能够尤其地为第一单池和/或第二单池提供不同的值。显而易见地，每个用于生成相应的周期偏移信号的随机算法能够用于单池。替换地或附加地，用于延迟高级别的周期信号的各个预先限定的值能够在应用时用于各个单池并且相应于周期偏移信号地延迟。该设计方案避免了位于单池装置中的多个电化学单池的通常同时的接通。因此能够省略所要求的用于平整化的节流器。
尤其地，单池专属的第一周期偏移信号和单池专属的第二周期偏移信号能够是不同的。这例如能够通过高级别的周期信号的用于小区专属的延迟的不同的预先限定的值来实现。替换地，能够为第一单池使用随机算法并且为第二单池使用固定的作为周期偏移信号的预先限定的值。
优选地，通过附加于第一周期偏移信号地通过单池专属的第三周期偏移信号来延迟用于开关第一单池的高级别的周期信号，第一单池和所述第二单池的量值适应于单池装置的能量供给。在此，根据第一单池的状态产生第三周期偏移信号并且尤其根据第一单池的状态确定第三周期偏移信号的大小。换言之，通过第一周期偏移信号不仅仅实现每个接通时间点的延迟，也实现用于定量第一单池并和因此的总的单池模块的功率供给的开关预定量的单池专属的调整。在此，第三周期偏移信号能够相应于第一单池的预先限定地确定的状态而生成和应用。此外，尤其能够在单池状态和第三周期偏移信号之间实现量的关联。换言之，能够例如在使用第一单池之前，以第一单池的变得更差的老化状态和/或充电状态如此延迟高级别的周期信号，使得得到在更长的时间段上观察的用于第一单池的其他的接通/断开比例。替换地或附加地，能够基于用于开关第二单池的高级别的周期信号附加地通过单池专属的第四周期信号来延迟，根据第二单池的状态产生第四周期信号并且尤其根据第二单池的状态确定第四周期信号的大小。其相应于关于第三周期信号的与第一单池关联的实施。
优选地，第三周期偏移信号和/或第四周期偏移信号将高级别的周期信号延迟超过周期信号的一个周期。以这种方式，有能力的单池为总的电压(能量供给或功率供给)做出更大的贡献并且弱的单池做出较小的贡献。在此，首先高级别的周期信号延迟超过一个周期，由此各个开关预定值能够正确地被单池控制器获取并且在第二步骤中能够调节第三周期偏移信号以及根据上面所描述的生成工作周期(接通/断开比例)的方法。
进一步优选地，开关预定值为工作周期或者占空比、尤其是脉冲宽度调节(PWM)占空比。根据本发明的另一个方面提出了一种具有多个电化学单池的单池装置。该单池装置包括第一电化学单池和第二电化学单池。该单池装置还包括与第一单池相关的第一功率电子器件和与第二单池相关的第二功率电子器件以及用于生成开关预定值的信号生成单元。该第一以及第二功率电子器件在此例如能够被实施为可控的开关，其相应于(根据本发明的延迟的)高级别的周期信号。该单池装置还包括第一逻辑单元和第二逻辑单元，其分别与第一单池或第二单池相关。根据本发明，第一功率电子器件和所述第二功率电子器件被设置为，将第一单池或第二单池接入单池装置或者相对于单池装置桥接。在此，根据本发明的单池装置被设置为执行如上详细描述的方法。根据本发明的单池装置的优点也相应地由对于根据本发明的方法的上面的实施而得出。
优选地，单池装置包括第一单池和第二单池的串联电路和/或并联电路。换言之，根据本发明的前述的开关过程用于，将第一和第二单池连接为串联电路或在串联电路内桥接，或者将第一和第二单池连接为并联电路或从并联电路分离。该装置能够实现单池所包括的电化学存储模块的电特征量的灵活的调节。
附图说明
下面参考所附附图详细阐述本发明的多个实施例。在附图中：
图1示出了根据本发明的实施例的单池装置的原理框图；
图2示出了高级别的周期信号和由根据本发明的方法的实施例产生的始终信号的时间示意图；
图3示出了高级别的周期信号和借助于第一和第三周期偏移信号延迟的高级别的周期信号的时间示意图；以及
图4示出了描述根据本发明的方法的实施例的步骤的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的单池装置100的实施例的原理框图。该单池装置100包括第一单池1和第二单池2。在此该第一单池1和第二单池2串联连接为单池模块10并且被构造为，借助于由第一晶体管3和第二晶体管4或者第三晶体管5和第四晶体管6组成的第一和第二功率电子器件桥接或者保持在单池模块10的组合中。作为功率器件的晶体管3至6在此设置为，通过作为第一逻辑单元的第一微控制器7或者作为第二逻辑单元的第二微控制器8进行控制。第一微控制器和第二微控制器在此设置为，生成用于单池装置100的第一单池1或第二单池2的第一开关预定值或第二开关预定值。通过高级别的第三微控制器9由作为高级别的周期信号的PWM预定值供给第一微控制器7和第二微控制器8。在此，第三微控制器9被设置为，根据由单池装置100要求的电功率改变PWM预定值，以提高或降低单池装置100的电功率。在此，优选地对于每个蓄电池模块100存在相应的绝缘体11、例如光耦合器，以传输信号11。
图2示出了高级别的周期信号12的时间示意图，其具有周期T。在其之下示出了根据本发明的基于第一开关预定值延迟的信号13的时间信号，其中高级别的周期信号12的所有的接入时间点延迟了周期偏移信号td。在该假设下，即在单池装置100的组合中的每个单池1、2的高级别的周期信号12以不同的值td延迟，则单个单池的开关时间点不会同时发生并且单池装置的最大的电压上升显著地下降。
图3示出了高级别的周期信号12，其借助于单池专属的第一周期偏移信号13td并且附加地借助于单池专属的第三周期偏移信号tz来延迟。换言之，信号14由在图2中示出的信号13以附加的时间延迟tz的附加的时间延迟而得出。能够发现产生的信号14通过第三周期偏移信号以明显大于高级别的周期信号12的周期T地延迟。以这样的方式，借助于信号14延迟的电化学能量存储器(例如第一单池1)的平均接入时间减小了。
图4示出了描述根据本发明的方法的实施例的步骤的流程图。在步骤100中限定用于第一单池1的开关预定值。例如这能够是第一单池1的PWM比例(接通/断开比例)的数字标记，其用于使得基于高级别的周期信号12的开关过程不与每个其他的存在于组合中的单池同时地发生。在步骤200中生成高级别的周期信号。其例如对于所有在单池装置中存在的多个单池是相同的。根据现有技术，在组合中的所有的单池在同一时间接通或断开。在步骤300中，高级别的驱动信号12单池专属地以在步骤100中限定的开关预定值(借助于相应的周期偏移信号13)而延迟。在步骤400中检验第一单池1的状态是否要求接入或断开时间点的附加的延迟。如果不是该情况(“否”)，则在步骤300中周期信号12仅基于第一开关预定值或第一单池专属的周期偏移信号13来延迟。然而如果是该情况(“是”)，则在步骤500中，在步骤300中生成的并且单池专属的延迟的信号附加地借助于第三周期偏移信号来延迟。这例如能够意味着在第一单池1的应用之前的高级别的周期信号12的显著更长的时间延迟，从而能够考虑单池状态。最后在步骤600中结束根据本发明的方法。
虽然根据所附附图详细描述了根据本发明的多个实施例和特征，然而所公开的特征在本领域技术人员的能力范围之内的、不脱离根据本发明的范围的修改和结合仍处于通过所附权利要求限定的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于运行单池装置(100)的多个电化学单池(1、2)的方法，包括以下步骤：
-限定(步骤100)用于所述单池装置的第一单池的第一开关预定值；
-生成(步骤200)高级别的周期信号(T)，其用于将所述第一单池(1)和第二单池(2)接入所述单池装置(100)和/或用于将所述第一单池(1)和第二单池(2)从所述单池装置(100)断开；以及
-借助于单池专属的第一周期偏移信号(td)来延迟(步骤300)根据所述第一开关预定值的所述第一单池(1)的接入和/或断开时间点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过单池专属的第二周期偏移信号(td)来延迟根据第二开关预定值的所述第二单池(2)的接入和/或断开。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述第一单池(1)中生成所述第一周期偏移信号(td)并且在所述第二单池(2)中生成所述第二周期偏移信号(td)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过随机算法、尤其通过各自的随机算法，和/或通过预先限定的值来变化所述第一周期偏移信号(td)和/或所述第二周期偏移信号(td)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述单池专属的第一周期偏移信号(td)和所述单池专属的第二周期偏移信号(td)是不同的。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过以下方式，将所述第一单池(1)和所述第二单池(2)的量值适应于所述单池装置(100)的能量供给，
-附加地通过单池专属的第三周期偏移信号(tz)来延迟用于开关所述第一单池(1)的所述高级别的周期信号(T)，根据所述第一单池(1)的状态产生所述第三周期偏移信号并且尤其根据所述第一单池(1)的状态确定所述第三周期偏移信号的大小；和/或
-附加地通过单池专属的第四周期偏移信号(tz)来延迟用于开关所述第二单池(2)的所述高级别的周期信号(T)，根据所述第二单池(2)的状态产生所述第四周期偏移信号并且尤其根据所述第二单池(2)的状态确定所述第四周期偏移信号的大小。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第三周期偏移信号和/或所述第四周期偏移信号(tz)将所述高级别的周期信号(T)延迟超过所述周期信号(T)的一个周期。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述开关预定值为工作周期或者占空比、尤其是脉冲宽度调节(PWM)占空比。
9.一种具有多个电化学单池(1)的单池装置(100)，包括
-第一电化学单池(1)和第二电化学单池(2)；
-第一功率电子器件(3、4)和第二功率电子器件(5、6)，所述第一功率电子器件(3、4)与第一单池(1)相关，并且所述第二功率电子器件(5、6)与第二单池(2)相关；
-信号生成单元(9)，其用于生成开关预定值；
-第一逻辑单元(7)和第二逻辑单元(8)，所述第一逻辑单元(7)与所述第一单池(1)相关，并且所述第二逻辑单元(8)与所述第二单池(2)相关；
其中，
-所述第一功率电子器件(3、4)和所述第二功率电子器件(5、6)分别被设置用于将所述第一单池(1)或所述第二单池(2)接入所述单池装置(100)和/或分别用于将所述第一单池(1)或所述第二单池(2)从所述单池装置(100)断开；并且其中
-所述单池装置(100)被设置为执行根据上述权利要求中任一项所述的方法。
10.根据权利要求9所述的单池装置，其中，所述第一单池(1)和所述第二单池(2)以串联电路的形式连接至共同的单池装置(100)。
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