CN105765820A - 具有两个支路、桥接不同数量的存储元件的电池的平衡 - Google Patents

Abstract

对电能蓄电池的管理需要提供一种非耗散平衡装置用于平衡在电池的存储元件的端子处的电压，包括第一类型的N+1个开关元件(Cpk)和第二类型的2N个开关元件(Cdk,1，Cdk,2)，第一类型的开关元件能够并联地电连接分别属于第一支路和第二支路的、在相同级处的两个存储元件，第二类型的开关元件能够并联地电连接分别属于第一支路和第二支路的、在相邻级处的两个存储元件。其涉及进行一种选择，该选择由以下各项构成：选择第一支路的存储元件的仅一部分，对应于比电池的级的总数量更低数量的级；并且选择第二支路的存储元件的仅一部分，对应于比电池的级的总数量更低数量的级。通过将选自第一支路的存储元件和选自第二支路的存储元件彼此并联地电连接来控制开关元件。

Description

具有两个支路、桥接不同数量的存储元件的电池的平衡

技术领域

本发明涉及对具有至少两个并联支路的电能蓄电池的元件进行电压平衡的领域。

更确切地，本发明涉及用于管理至少包括第一支路和第二支路的电能蓄电池的方法和装置，该第一支路和该第二支路并联地电连接并且各自具有串联地电连接的N个存储元件。

背景技术

在电动车辆中使用的(例如锂离子类型的)电池是通过一组存储元件(例如电化学电池单元)形成的，这些存储元件串联地组装以便达到由应用所要求的电压水平。另一方面，为了达到由应用所要求的容量水平，电池可以包括与这些存储元件并联的组件。这就是为什么通常的情况是电能蓄电池包括多个支路，这些支路在并联组件中彼此电连接并且各自包括在串联组件中彼此电连接的多个存储元件。支路的数量取决于所寻求的容量。沿每个支路串联连接的元件的数量进而取决于所寻求的电压。

当前的制造工艺不可能获得完全相同的存储元件，尤其是在例如其容量和其内电阻的特征方面。此外，这些元件在电池的使用寿命的过程中由于其在电池中的定位而曝露于不同的温度变化，这致使所述元件的老化不均匀。当相同的电流流经这些具有不同特征的元件时，所述元件变得不平衡，并且就这个意义而言其充电状态是不同的。

用于修正这种不平衡的电池管理装置是已知的，从而允许优化使用包含在电池中的能量(使用范围是通过较大程度充电的元件和较小程度充电的那些元件来确定的)。可以基于关于这些元件的充电状态(“SOC”)的信息或者基于所述元件的电压或空载电压来进行平衡。

目前使用的平衡方法是主动或被动的：

-被动(或耗散)平衡在耗散元件(电阻器)中对较大程度充电的存储元件进行放电，从而使得所述存储元件全都具有相同的充电状态；

-主动(或非耗散)平衡将较大程度充电的元件的能量转移至较大程度放电的元件，以便朝相同的充电状态收敛。

现今，‘被动’平衡系统的目的是在电阻器中消耗较大程度充电的电池单元的能量，并且因此它们不限制电池的元件组的充电：因此损失了能量。在电池放电过程中使用这种技术引起电池的电压降低，这引起为了使电池递送给定功率所必需的电流的增加并且不允许自主性增加。

相反，‘主动’平衡的目的是将较大程度充电的电池单元的能量分配至较小程度充电的电池单元并且可以获得自主性。主动平衡电路相对复杂并且通常使用例如变压器等能量传递器件。这些能量传递链具有不统一的转换率。

本发明涉及非耗散平衡的领域。

从文件EP1869748B1中已知一种平衡解决方案，该平衡解决方案描述了桥接包含在电池的每个模块中的多个电池单元、然后桥接所有模块的原理。然而，这种解决方案不是非常灵活，因为所有的模块和电池单元是独立于各个电池单元的实际需要来平衡的。这种解决方案的另外的主要缺点是，它只能当该电池不在使用时(即，只能在该电池断开连接并且既没充电也没放电时)进行，这是由于以下事实：连接和断开连接导致在电池的端子处的电压中的突然变化。

文件EP2363935A1描述了一种开关结构，其中，每一级都配备有三个开关。该平衡系统在第一时段过程中将一个支路的序数为n的存储元件并联连接至另一个支路的序数为n的存储元件。该平衡系统然后在第二时段过程中将主要支路的序数为n的存储元件并联连接至次级支路的序数为n-1的存储元件。该平衡系统然后在第三时段过程中将主要支路的序数为n的存储元件并联连接至次级支路的序数为n+1的存储元件。无论哪个时段，桥接仅考虑主要支路的一个级相对于次级支路的仅另一个级。平衡电流受限，这并不是完全令人满意的。另一方面，在每个时段，主要支路的每个级并联连接至次级支路的一个级，使得该平衡解决方案在特定于这些支路的不同存储元件的实际需要的适配和实施方面缺少灵活性。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于管理电池的策略，该策略克服了以上讨论的这些缺点。

第一目的具体是能够非耗散地(即，借助于电荷转移)平衡电池。

第二目的是比“非耗散平衡”类型的当前解决方案以更低的成本提供一种更简单的解决方案。

第三目的是提供一种灵活的解决方案，使得能量能够在电池的任何元件之间传递，无论该电池是否处于使用中。

第四目的是提供一种解决方案，该解决方案提供短的平衡持续时间并且改善对分开考虑的存储元件的实际需要的适配。

我们将在申请人接受之后在此重新复制权利要求书

附图说明

从对于通过非限制实例的方式给出的并且以附图示出的本发明具体实施例进行的以下说明中，进一步的优点和特征将变得更加清晰，在附图中：

-图1示出了第一蓄电池的电结构，根据本发明的管理方法可以经由根据本发明的示例性管理装置来应用于该第一蓄电池，

-图2是图1的变体，具有六个存储元件，

-图3示出了图2的在控制预先选择的开关元件的第一示例之后的装置，

-图4示出了图2的在控制预先选择的开关元件的第二示例之后的装置，

-图5是图1的变体，具有四个存储元件，

-图6至图8示出了图5的在三个不同时段过程中的装置，在这些时段过程中不同地控制这些开关元件。

具体实施方式

图1一方面示出了可以应用以下详述的管理方法的蓄电池的电结构，并且另一方面示出了执行这种方法的管理装置的一部分。

因此，电能蓄电池至少包括第一支路和第二支路，该第一支路和该第二支路并联地电连接并且在各自具有相同的支路内彼此串联地电连接的N个存储元件。

更确切地，每个支路包括在串联组件中沿每个支路彼此电连接的多个存储元件Ei,j(在此，i在1至N之间变化，因为每个支路包括串联连接的N个存储元件，并且j在1与2之间变化，因为该电池包括两个支路)。不言而喻的是，并联组装的支路的数量m可以不同于2。

从电池的端子A到端子B，这些存储元件Ei,j因此沿其各自的支路以有序的方式安排在具有给定行i的位置处。因此，元件Ei,j沿支路j安排在行位置i处。在这两个支路内相同行中的两个存储元件形成了所谓的一个“级”。该电池除了存储元件Ei,j之外还包括确保这些元件彼此和这些支路彼此的这种类型的组件的电结构。这种结构具体包括多个直接电气连接件，这些直接电气连接件成对地连接相同支路中的两个相邻存储元件并且还将这些支路的连接件彼此连接。

这些存储元件Ei,j的空载电压是非常低的，处于几伏特的量级。因此，为了达到由电池供电的电路的额定工作电压，必须串联连接一定数量的电化学存储元件，限定数量N。电池的另一个设计标准对应于可以随之获得的自主性，这是通过这些存储元件的容量限定的。相同类型的两个存储元件的桥接可以例如使存储容量翻倍。因此，支路的数量m可以限定电池的总体容量。

在以下说明中，电池的每个存储元件Ei,j都是由一个超级电容器、或一个电化学单位电池单元、或具有并联电连接的这种类型的至少一对电池单元的一个单元体、或包括彼此串联电连接的这种类型的至少两个单元体的一个模块、或包括彼此串联或并联电连接的这种类型的至少两个模块的一个组件构成的。

每个存储元件Ei,j在其设计方面都是唯一的。用于制造这些存储元件的工艺不可能获得完全相同的元件。容量和内电阻尤其可能不同。此外，这些存储元件的老化现象导致容量损失并且导致内电阻的增加，这倾向于加重这些特性的差别。因此，于是可以看出，相同电流流经的两个串联的存储元件，其充电状态不同地发展并且必须被平衡以便允许优化电池的使用。为了响应在图1的电结构的情况下造成的这些问题，该管理装置包括多个软件和/或硬件器件，这些软件和/或硬件器件执行一种管理方法，该管理方法将在下文进一步描述，并且该管理方法的目的是：以非耗散的方式，在已经预先从所述至少两个支路中选择电压待平衡的存储元件之后，平衡由该电池包括的这些存储元件中的一些或全部存储元件的充电状态。

具体地，该管理装置包括用于平衡在电池的存储元件的端子处的电压的非耗散平衡装置，从而能够执行该管理方法。这种平衡装置包括：

-第一类型的数量为N+1的开关元件Cpk(其中k从1变化至N+1)，这些开关元件能够并联地电连接分别属于该第一支路和该第二支路的、在相同级处的两个存储元件，

-第二类型的数量为2N的开关元件，这些开关元件能够并联地电连接分别属于该第一支路和该第二支路的、在相邻级处的两个存储元件。

更确切地，平衡装置包括第二类型的第一半的N个开关元件，各自的参考号为Cdk,1(其中k从2变化至N)。每个开关元件Cdk,1都被放置在一个电气连接件处，该电气连接件将第一支路的给定级的存储元件的正极(或相应地负极)端子连接至第二支路的直接相邻且较低级的存储元件的正极(或相应地负极)端子。平衡装置包括第二类型的第二半的N个开关元件，各自的参考号为Cdk,2(其中k从2变化至N)。每个开关元件Cdk,2都被放置在一个电气连接件处，该电气连接件将第一支路的给定级的存储元件的正极(或相应地负极)端子连接至第二支路的直接相邻且较高级的存储元件的正极(或相应地负极)端子。

每个开关元件Cpk都被放置在一个电气连接件处，该电气连接件将第一支路的给定级的存储元件的正极(或相应地负极)端子连接至第二支路的相同级的存储元件的正极(或相应地负极)端子。

综上所述，在图1中的以下参考号具有以下含义：

-具有i＝1,2,...,N的Ei,1表示电池的第一支路(被称为主要支路)的存储元件，

-具有i＝1,2,...,N的Ei,2表示电池的第二支路(被称为次级支路)的存储元件，

-具有i＝1,2,...,N+1的Ni,1表示第一支路的架构的电节点，

-具有i＝1,2,...,N+1的Ni,2表示第二支路的架构的电节点，

-具有k＝1,2,...,N+1的Cpk表示可以将电节点Nk,1和Nk,2连接(或不连接)的第一类型的开关元件，

-具有k＝1,2,...,N的Cdk,1表示可以将电节点Nk+1,1和Nk,2连接(或不连接)的开关元件，

-具有k＝1,2,...,N的Cdk,2表示可以将电节点Nk,1和Nk+1,2连接(或不连接)的开关元件，

-A表示电池的最高电势点，

-B表示电池的最低电势点。

电池的术语“级X”用于被包括在节点NX,1、NX,2、NX+1,1、NX+1,2之间的元件。例如，级1表示被包括在节点N1,1、N1,2、N2,1、N2,2之间的元件，即存储元件E1,1和E1,2以及开关元件Cp1、Cp2、Cd1,1、Cd1,2。

通过这种架构提供的可能性为：

-开关元件Cpk可以将相同级的存储元件彼此并联地电连接，

-连接件Cdk,1和Cdk,2可以将相邻级的存储元件彼此并联地电连接。

这些开关元件Cpk、Cdk,1和Cdk,2有利地是通常被已知为“MOSFET”(代表“金属氧化物半导体场效应晶体管”)的绝缘栅极场效应晶体管。这种变体具有的优点是被电压控制的，从而控制电路中的电流。然而，这些开关元件可以具有任何其他的类型，例如继电器等，只要一经关闭它们就被控制并且被置于低电阻以使电流通过。

该方法优选地包括：

-提供以上描述的非耗散平衡装置的步骤，

-由以下各项构成的选择步骤：选择该第一支路的存储元件的仅一部分，该部分对应的级的数量小于电池的级的总数量N；并且选择该第二支路的存储元件的仅一部分，该部分对应的级的数量小于该电池的级的总数量N，

-控制开关元件Cpk、Cdk,1和Cdk,2的步骤，从而尤其在直接并联的组件中将该第一支路的所选择的存储元件和该第二支路的所选择的存储元件彼此并联地电连接。

术语“直接并联的组件”旨在意味着以下事实：两个选择的存储元件的端子直接成对连接，不包括串联的安排。

根据图3和图4，在应用于图2中示出的具有三级的电池和关联管理装置的情况中，通过直接电桥呈现了平衡的原理。两个支路彼此并联连接并且各自包括串联组装的三个存储元件。第一支路至少包括存储元件E1,1、E2,1和E3,1以及节点N1,1、N2,1、N3,1和N4,1。第二支路至少包括三个存储元件E1,2、E2,2和E3,2以及节点N1,2、N2,2、N3,2和N4,2。N的值等于3。该平衡装置包括

-第一类型的数量为N+1(也就是说数量为4)的开关元件，这些开关元件的参考号为Cp1、Cp2、Cp3和Cp4并且能够并联地电连接分别属于第一支路和第二支路的、在相同级处的两个存储元件；每个开关元件Cp1、Cp2、Cp3和Cp4都被放置在一个电气连接件处，该电气连接件将第一支路的给定级的存储元件的正极(或相应地负极)端子连接至第二支路的相同级的存储元件的正极(或相应地负极)端子，

-第二类型的第一半的N个开关元件，也就是说数量为3并且参考号为Cd1,1、Cd2,1、Cd3,1；每个开关元件Cd1,1、Cd2,1、Cd3,1都被放置在一个电气连接件处，该电气连接件将第一支路的给定级的存储元件的正极(或相应地负极)端子连接至第二支路的直接相邻且较低级的存储元件的正极(或相应地负极)端子，

-第二类型的第二半的N个开关元件，也就是说数量为3并且参考号为Cd1,2、Cd2,2、Cd3,2；每个开关元件Cd1,2、Cd2,2、Cd3,2都被放置在一个电气连接件处，该电气连接件将第一支路的给定级的存储元件的正极(或相应地负极)端子连接至第二支路的直接相邻且较高级的存储元件的正极(或相应地负极)端子。

在图3中，存储元件E1,1是从第一支路的三个存储元件中预先选择的，并且存储元件E1,2和E2,2是从第二支路的三个存储元件中预先选择的。于是，在控制第一类型的开关元件Cp1、Cp2、Cp3和Cp4以及第二类型的开关元件Cd1,1、Cd2,1、Cd3,1和Cd1,2、Cd2,2、Cd3,2的步骤过程中，仅将第一类型的开关元件Cp1和第二类型的开关元件Cd2,2控制为其关闭状态，所有其他的开关元件保持在其打开状态中，以便尤其在直接并联的组件中将第一支路的所选择的存储元件E1,1以及第二支路的所选择的存储元件E1,2和E2,2彼此并联地电连接。

在图4中，存储元件E1,1和E2,1是从第一支路的三个存储元件中预先选择的，并且存储元件E1,2、E2,2和E3,2是从第二支路的三个存储元件中预先选择的。于是，在控制第一类型的开关元件Cp1、Cp2、Cp3和Cp4以及第二类型的开关元件Cd1,1、Cd2,1、Cd3,1和Cd1,2、Cd2,2、Cd3,2的步骤过程中，仅将第一类型的开关元件Cp1和第二类型的开关元件Cd3,2控制为其关闭状态，所有其他的开关元件保持在其打开状态中，以便尤其在直接并联的组件中将第一支路的所选择的存储元件E1,1和E2,1以及第二支路的所选择的存储元件E1,2、E2,2和E3,2彼此并联地电连接。

在控制步骤之后，与各自由在其设计方面唯一的电化学电池单元形成的至少两个存储元件并联的组件伴有电压等同性，这产生了平衡电流的循环。因此，平衡电流将逐渐地为充电最少的电池充电，并且当所述电池单元的充电状态升高时，平衡电流将逐渐地降低。

为了执行该管理方法，该管理装置包括产生致动命令的控制单元(未示出)，其单独地控制第一类型的开关元件Cpk以及第二类型的开关元Cdk,1和Cdk,2，这些命令被选择成以便连接属于不同支路的存储元件(预先基于给定标准由控制单元选择)，从而尤其在可以提供平衡所选择的存储元件的充电状态的步骤的并联组件中执行在此文件中描述的管理方法。由于在这些支路之间的该多个连接件和该多个开关元件Cpk、Cdk,1和Cdk,2的安排，因此可以从该电池包括的所有存储元件中选择由平衡操作实施的存储元件。

在控制步骤过程中，第一类型的开关元件Cpk以及第二类型的开关元件Cdk,1和Cdk,2、或者第一类型的开关元件Cpk中的仅一些以及第二类型的开关元件Cdk,1和Cdk,2中的仅一些优选地改变状态。实际上，在图3中，仅第一类型的开关元件Cp1和第二类型的开关元件Cd2,2从其打开状态改变状态为其关闭状态，并且所有其他的开关元件保持在其打开状态中。类似地，在图4中，仅第一类型的开关元件Cp1和第二类型的开关元件Cd3,2从其打开状态改变状态为其关闭状态，并且所有其他的开关元件保持在其打开状态中。

关于在该电池被连接时和在该电池的放电阶段过程中的管理策略的实施，该选择步骤优选地包括确定该电池的至少一个存储元件的步骤，在该至少一个存储元件的端子处的电压比其他存储元件的电压小一个预定阈值，在该选择步骤中选择的这些存储元件包括在该确定步骤中确定的所述至少一个存储元件。这个预定阈值可以取决于该存储元件的化学性质和电流的强度来变化。然而，该预定阈值例如为约10mV。

相反，关于在该电池被连接时和在该电池的充电阶段过程中的管理策略的实施，该选择步骤优选地包括识别该电池的至少一个存储元件的步骤，在该至少一个存储元件的端子处的电压比其他存储元件的电压大一个预定阈值，在该选择步骤中选择的这些存储元件包括在该识别步骤中识别的所述至少一个存储元件。这个预定阈值可以取决于该存储元件的化学性质和电流的强度来变化。然而，该预定阈值例如为约10mV。

因此更优选的是在该电池的放电过程中优先考虑具有最低电压的存储元件的再充电，并且在该电池的充电过程中优先考虑具有最高电压的存储元件的放电。在选择步骤过程中对这些存储元件的选择考虑这些优先级。

从第一支路中在选择步骤过程中选择的级的数量和在选择步骤过程中选择的级的抉择、以及从第二支路中在选择步骤过程中选择的级的数量和在选择步骤过程中选择的级的抉择优选地是基于(也就是说根据)选择标准来选择的，该选择标准考虑以下各项：

-在控制步骤之后在并联地电连接的存储元件Ei,j的端子处的电压的寻求平衡动态，

-和/或在所述存储元件中循环的电流强度的最大值，尤其对应于所述平衡电流。

具体地，这可以被实施成使得，在该选择步骤过程中，选自该第一支路的存储元件Ei,j的数量和选自该第二支路的存储元件Ei,j的数量是不同的，从而使得该控制步骤从该第一支路和从该第二支路电桥接不同数量的级。例如在图3中，在选择步骤中仅选择了第一支路的级1的存储元件，而在选择步骤中选择了第二支路的级1和级2的两个存储元件，使得该控制步骤将第一支路的级1与第二支路的两个级1和2电桥接。例如在图4中，在选择步骤中选择了第一支路的级1和级2的仅两个存储元件，而在选择步骤中选择了第二支路的级1、级2和级3的三个存储元件，使得该控制步骤将第一支路的两个级1和2与第二支路的三个级1、2和3电桥接。然而，所提出的这些内容既不排他也不是限制性的，并且在一些条件下，该控制步骤可以从第一支路和从第二支路电桥接相同数量的级。

该选择步骤优选地包括：

-由不包含该确定步骤中确定的所述至少一个存储元件的支路中识别多个存储元件Ei,j的步骤，这些存储元件的数量大于在确定步骤中确定的存储元件的数量并且具有的充电状态大于在该确定步骤中确定的所述至少一个存储元件的充电状态，

-然后在实施控制这些开关元件的步骤之后，估算在该确定步骤中确定的所述至少一个存储元件中循环的平衡电流的步骤。

该选择步骤优选地包括：在实施控制这些开关元件的步骤之后，估算使在该确定步骤中确定的所述至少一个存储元件再充电所必需的时间段的步骤。

该选择步骤尤其可以包括：尤其基于对该平衡装置的部件的电阻的认知来估算使在该确定步骤中确定的所述至少一个存储元件再充电所必需的电势差的步骤。然后优选地基于所述电势差并且用可以在实施控制这些开关元件的步骤之后产生所述平衡电流的方式来选择在该选择步骤中选自不包含该确定步骤中确定的所述至少一个存储元件的支路中的存储元件的数量和级。

实际上，可以度量平衡电流的关键点是在控制步骤之后开关元件闭合以确保这些存储元件桥接的过程中形成的网的等效电阻。对这些部件和尤其对这些开关元件的仔细抉择可以获得所希望的等效电阻并且因此获得所希望的最大平衡电流。因此根据这个最大平衡电流来实施对这些部件和电源板的尺寸确定。

在单个存储元件有故障的情况下，这种操作变体可以是特别有益的。这种出故障的存储元件需要显著的平衡电流以便再充电，从而没有在电池的放电过程中构成限制的目的。

这些原理将根据应用于图3的实例来详细描述：

在第一步骤中，基于比其他存储元件低得多的电压测量值、或者基于对充电状态的估算或所述存储元件的减小容量来识别第一支路的出故障的存储元件(在这个实例中是存储元件E1,1)。

然后，在第二步骤中，该控制单元识别该状况是否适用于将第二支路的两个存储元件(在这个实例中是存储元件E1,2和E2,2)桥接至第一支路的单个元件E1,1。

如果存储元件E2,2和E1,2具有的充电状态大于存储元件E1,1的充电状态，则可以提供将第二支路的这两个元件桥接至第一支路的存储元件E1,1。基于该电池的存储元件的充电状态和用于这些存储元件的极限电压来估算再充电的必要时段和电流。

然后，基于对这些部件的电阻的认知，该控制单元估算为了使出故障的存储元件E1,1再充电所必需的电势差。因此，这种电势差提供了关于待使用的级的数量的信息，从而产生平衡电流，并且级的数量是最合适的。

优选地，并且参照图6至图8，根据应用于具有两个级的电池并且应用于在图5中示出的关联管理装置，该方法还可以包括：

-在第一时段过程中仅控制该第一类型的所有开关元件Cpk的步骤，从而使得分别属于该第一支路和该第二支路的、在相同级处的两个存储元件彼此并联地电连接，对于该电池的每个级均是如此，

-和/或在第二时段过程中仅控制该第二类型的第一半开关元件Cdk,1的步骤，从而使得该第一支路的存储元件各自并联地电连接至该第二支路的、在相邻且较低级处的存储元件，

-和/或在第三时段过程中仅控制该第二类型的第二半开关元件Cdk,2的步骤，从而使得该第一支路的存储元件各自并联地电连接至该第二支路的、在相邻且较高级处的存储元件。

两个支路彼此并联连接并且各自包括串联组装的至少两个存储元件。第一支路至少包括存储元件E1,1、E2,1以及节点N1,1、N2,1、N3,1。第二支路至少包括两个存储元件E1,2、E2,2以及节点N1,2、N2,2、N3,2。N的值等于2。该平衡装置包括：

-第一类型的数量为N+1(也就是说数量为3)的开关元件，这些开关元件的参考号为Cp1、Cp2和Cp3并且能够并联地电连接分别属于第一支路和第二支路的、在相同级处的两个存储元件；每个开关元件Cp1、Cp2、Cp3都被放置在一个电气连接件处，该电气连接件将第一支路的给定级的存储元件的正极(或相应地负极)端子连接至第二支路的相同级的存储元件的正极(或相应地负极)端子，

-第二类型的第一半的N个开关元件(也就是说数量为2并且参考号为Cd1,1、Cd2,1)，每个开关元件Cd1,1、Cd2,1都被放置在一个电气连接件处，该电气连接件将第一支路的给定级的存储元件的正极(或相应地负极)端子连接至第二支路的直接相邻且较低级的存储元件的正极(或相应地负极)端子，

-第二类型的第二半的N个开关元件，也就是说数量为2并且参考号为Cd1,2、Cd2,2；每个开关元件Cd1,2、Cd2,2都被放置在一个电气连接件处，该电气连接件将第一支路的给定级的存储元件的正极(或相应地负极)端子连接至第二支路的直接相邻且较高级的存储元件的正极(或相应地负极)端子。

在图6中，在第一时段过程中仅控制该第一类型的所有开关元件Cp1、Cp2和Cp3(第二类型的所有开关元件维持在其打开状态中)，从而使得分别属于该第一支路和该第二支路的、在相同级处的两个存储元件彼此并联地电连接，对于该电池的每个级均是如此。Cp1、Cp2的接头闭合可以在第一时段过程中使分别属于第一支路和第二支路的、在相同级1处的这两个存储元件E1,1和E1,2彼此并联地电连接。Cp2、Cp3的接头闭合可以在第一时段过程中使分别属于第一支路和第二支路的、在相同级2处的这两个存储元件E2,1和E2,2彼此并联地电连接。出于清楚原因，没有示出在打开状态中的开关元件。在这种工作模式中，电池的电流穿过第一支路和第二支路两者。在第一支路与第二支路之间的级内发生能量传递。

在图7中，在第二时段过程中控制了第二类型的开关元件Cd1,1、Cd2,1的仅第一半，从而使得第一支路的级2的存储元件E2,1并联地电连接至第二支路的级1(即，在相邻且较低级处的)的存储元件E1,2。这对于该电池的所有其他级而言都是相同的。

在图8中，在第三时段过程中控制了第二类型的开关元件Cd1,1、Cd2,1的仅第二半，从而使得第一支路的级1的存储元件E1,1并联地电连接至第二支路的级2(即，在相邻且较高级处的)的存储元件E2,2。这对于该电池的所有其他级而言都是相同的。出于清楚原因，没有示出在打开状态中的开关元件。在这种工作模式中，电池的电流穿过第一支路和第二支路两者。在级1与级2之间发生能量传递。

在图5中，第一类型和第二类型的所有开关元件处于其打开状态。在这种构型中，电池的电流穿过第一支路、但没有穿过第二支路。在这些级之间不存在能量传递。在这种工作模式中，电池的电流穿过第一支路和第二支路两者。在级1与级2之间发生能量传递。

因此在此文件中提出使用电池的某些存储元件作为暂时能量存储器并且将平衡装置控制成以便在这些存储元件之间传递能量。因此，这些能量转换链被减少至其最简单的表达，并且这避免了添加用于传递能量的中间电能存储部件。可以用“已连接”模式(即，当电池正在充电和/或放电时)执行该管理方法。用于控制这些开关元件Cpk、Cdk,1和Cdk,2的器件被配置成控制所述开关元件，从而尤其通过图6至图8的控制的连续重复使能量从一个级传递至其他级中的任何另外一个级。

在根据图6至图8的两个连续工作模式之间，可以有益的是经过根据图5的工作模式，其中，第一类型和第二类型的所有开关元件是打开的以便确保在进入根据图6至图8之一的新工作模式之前这些开关元件是适当地打开的。

仿真已经显示了在初始充电状态不平衡的事件中、甚至在存储元件的容量分布的情况下，以上管理策略可以在电池无放电电流的充电状态方面返回至平衡状态。

仿真已经显示了无论存储元件的容量分布、即使在电池的放电电流循环的情况下，以上管理策略也可以返回至在充电状态方面的平衡状态：根据图5至图8的工作模式的交替可以返回至充电状态方面的平衡状态。

一种具体、但非排他的应用在于将这种类型的管理装置适配在机动车辆上，以便控制供应车辆的电能链的电能储存电池和/或被安装在车辆上的辅助电力单元。然而，本发明可以应用于由至少两个串联的电化学电池单元形成的任何电池系统(例如膝上电脑电池)，或者还可以应用于超级电容器的平衡。

Claims (11)

1.一种用于管理电能蓄电池的方法，该电能蓄电池至少包括第一支路和第二支路，该第一支路和该第二支路并联地电连接并且各自具有串联地电连接的N个存储元件(Ei,j)，所述方法包括：

-提供一个非耗散平衡装置的步骤，该非耗散平衡装置用于平衡在该电池的这些存储元件的端子处的电压，所述装置包括第一类型的N+1个开关元件(Cpk)并且包括第二类型的2N个开关元件(Cdk,1，Cdk,2)，该第一类型的这些开关元件能够并联地电连接分别属于该第一支路和该第二支路的、在相同级处的两个存储元件，该第二类型的这些开关元件能够并联地电连接分别属于该第一支路和该第二支路的、在相邻级处的两个存储元件，

-选择步骤，该选择步骤由以下各项构成：选择该第一支路的存储元件的仅一部分，该部分对应的级的数量小于该电池的级的总数量；并且选择该第二支路的存储元件的仅一部分，该部分对应的级的数量小于该电池的级的总数量，

-控制这些开关元件的步骤，从而将该第一支路的所选择的存储元件和该第二支路的所选择的存储元件彼此并联地电连接。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在该控制步骤的过程中，该第一类型的这些开关元件的仅一部分和该第二类型的这些开关元件的仅一部分改变状态。

3.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，在该电池的放电阶段过程中，该选择步骤包括确定该电池的至少一个存储元件的步骤，在该至少一个存储元件的端子处的电压比其他存储元件的电压小一个预定阈值，在该选择步骤中选择的这些存储元件包括在该确定步骤中确定的所述至少一个存储元件。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在该电池的充电阶段过程中，该选择步骤包括识别该电池的至少一个存储元件的步骤，在该至少一个存储元件的端子处的电压比其他存储元件的电压大一个预定阈值，在该选择步骤中选择的这些存储元件包括在该识别步骤中识别的所述至少一个存储元件。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，选自该第一支路的级的抉择和级的数量以及选自该第二支路的级的抉择和级的数量取决于选择标准，该选择标准考虑在该控制步骤后并联地电连接的这些存储元件的端子处的电压的所寻求的平衡动态和/或在所述存储元件中循环的电流强度的最大值。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在该选择步骤过程中，选自该第一支路的存储元件的数量和选自该第二支路的存储元件的数量是不同的，从而使得该控制步骤从该第一支路和从该第二支路并联地电连接不同数量的级。

7.如权利要求3和6中任一项所述的方法，其特征在于，该选择步骤包括：由不包含该确定步骤中确定的所述至少一个存储元件的支路中识别多个存储元件的步骤，这些存储元件的数量大于在该确定步骤中确定的存储元件的数量并且具有的充电状态大于在该确定步骤中确定的所述至少一个存储元件的充电状态；然后在实施所述控制步骤之后，估算在该确定步骤中确定的所述至少一个存储元件中循环的平衡电流的步骤。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该选择步骤包括：在实施所述控制步骤之后，估算使在该确定步骤中确定的所述至少一个存储元件再充电所必需的时间段的步骤。

9.如权利要求7或8中任一项所述的方法，其特征在于，该选择步骤包括尤其基于对该平衡装置的部件的电阻的认知来估算使在该确定步骤中确定的所述至少一个存储元件再充电所必需的电势差的步骤，然后基于所述电势差并且以能够在实施所述控制步骤之后产生所述平衡电流的方式来选择在该选择步骤中选自不包含该确定步骤中确定的所述至少一个存储元件的支路中的存储元件的数量和级。

10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，该方法包括：

-在第一时段过程中仅控制该第一类型的所有开关元件(Cpk)的步骤，从而使得分别属于该第一支路和该第二支路的、在相同级处的两个存储元件彼此并联地电连接，对于该电池的每个级均是如此，

-和/或在第二时段过程中控制该第二类型的仅第一半开关元件(Cdk,1)的步骤，从而使得该第一支路的存储元件各自并联地电连接至该第二支路的、在相邻且较低级处的存储元件，

-和/或在第三时段过程中控制该第二类型的仅第二半开关元件(Cdk,2)的步骤，从而使得该第一支路的存储元件各自并联地电连接至该第二支路的、在相邻且较高级处的存储元件。

11.一种用于管理电能蓄电池的装置，该电能蓄电池包括第一支路和第二支路，该第一支路和该第二支路并联地电连接并且各自具有串联地电连接的N个存储元件(Ei,j)，所述装置包括一个非耗散平衡装置，该非耗散平衡装置用于平衡在该电池的存储元件的端子处的电压，所述装置包括第一类型的N+1个开关元件(Cp,k)和第二类型的2N个开关元件(Cdk,1，Cdk,2)，该第一类型的这些开关元件能够并联地电连接分别属于该第一支路和该第二支路的、在相同级处的两个存储元件，该第二类型的这些开关元件能够并联地电连接分别属于该第一支路和该第二支路的、在相邻级处的两个存储元件，以及一个控制单元，该控制单元单独地控制该第一类型和该第二类型的这些开关元件以便执行如前述权利要求中任一项所述的方法。