CN108702009B - 用于配备有电池类型的电能存储设备的电子调节装置 - Google Patents

Abstract

用于配备有电池类型的电能存储设备(100)的电子调节装置(1)，所述存储设备包括可与电负载电连接的多个电池模块(10)，所述电子调节装置包括多个电子调节单元(2)，每个电子调节单元(2)包括在相应的电池模块(10)中以调节由所述电池模块的电池单体(11)提供给所述电负载的馈电电流(IL)。电子调节装置(1)包括连接至所述电子调节单元(2)以向所述电子单元供给总线信号(VBUS)的电子总线(3)，总线信号(VBUS)指示提供给所述电负载的最小馈电电流。每个电子调节单元(2)包括第一电子级(21)，第一电子级(21)适于接收和处理通过所述电子总线供给的总线信号(VBUS)和由相应电池模块的电池单体提供给所述电负载的指示馈电电流(IL)的第一检测信号(S1)。如果所述馈电电流(IL)低于所述最小馈电电流，则所述第一电子级适于向所述电子调节单元提供新的经修改的总线信号。

Description

用于配备有电池类型的电能存储设备的电子调节装置

技术领域

本发明涉及配备有电池类型的电能存储设备的领域。

更特别地，本发明涉及一种用于具有电池的电能存储设备的电子调节装置，其允许快速且有效地平衡由电池模块供应给电负载的馈电电流。

背景技术

已知有许多用于电力系统中的电能存储设备的实例，其被隔离或连接至电力网络。

其中，配备有电池类型的电能储存设备被广泛使用。

具有电池的电能储存设备通常包括多个电池模块，所述多个电池模块彼此串联和/或并联地电连接，并且整体上以电负载馈给后者。每个电池模块通常包括串联和/或并联地电连接的多个电池单体。

众所周知，当将具有电池的存储设备电连接至电负载时，理想的情况是，由电池模块供应给电负载的电流具有相同或非常相似的强度。

不幸的是，电池模块的电阻抗(内部的以及电连接的)和存储容量受到与构造、安装和/或运行上的差异有关的变化的影响。

通常，这使得获得由电池模块供应的馈电电流的自然平衡变得不可能，并因此无法获得电池单体的均匀放电过程，导致总电能存储容量和可供应给电负载的最大电流的下降。

并且，如本领域经验所充分证明地，在一些情况下，所供应的馈电电流的平衡不足可迅速导致电池模块的运行中断。

为了克服上述问题，许多配备有电池类型的电能储存设备配备有用于调节由电池模块供应的馈电电流的电子装置。

专利申请US2005/0275372A1记载了一种电子调节装置，该电子调节装置允许相对于其他电池模块电荷过高的电池模块通过不时地与电负载断开连接而供应的电流平衡。

专利US6208039记载了一种电子调节装置，该电子调节装置按照“主-从”型控制架构，包括集中控制单元，所述集中控制单元旨在为多个DC/DC转换器电路提供控制信号，每个所述DC/DC转换器电路位于电池模块上，以调节其供应给电负载的电流。

专利US7589498记载了一种电子调节装置，该电子调节装置也是按照“主-从”型控制架构，包括集中控制单元，所述集中控制单元旨在为电池模块上的调节单元提供多参考信号。每个调节单元包括彼此并行的多个控制回路以调节由相应电池模块供应给电负载的电流。

专利申请US2012/112701A1记载了本领域当前技术水平的电子调节装置的另一个实例。

通常，上述现有技术解决方案在供应给电负载的电流的动态调节有效性和/或及时性方面具有不可忽视的局限。

此外，这些解决方案的特征在于在实际生产中相对复杂的结构，带来的高制造成本，对电能存储设备的总体工业成本具有显著影响。

发明内容

本发明的主要任务是提供一种用于配备有电池类型的电能存储设备的电子调节装置，其能够使前述问题得到解决和克服。

基于本任务，本发明的一个目的是提供一种电子调节装置，所述电子调节装置可获得对由电池模块供应给电负载的电流的快速且有效的平衡。

本发明的另一个目的是提供一种电子调节装置，所述电子调节装置特别可靠，具有特别简单的结构，并且易于以相对于常规调节装置有竞争力的价格实现工业规模制造。

根据本发明，通过用于配备有电池类型的电能存储设备的电子调节装置，实现了此任务和这些目的以及由后续描述和附图将更为明显的其他目的。

在其另一个方面中，本发明涉及电能存储设备。

附图说明

参照下文给出的描述及附图，本发明的特征和优势将变得更加显而易见，其中：

-图1示意性地示出了本发明中包括电子调节装置的具有电池的电能存储设备；以及

-图2示意性地示出了本发明中一种优选实施方案的电子调节装置；以及

-图3示意性地示出了本发明中包括电子调节装置的具有电池的电能存储设备的实例的运行。

具体实施方式

参照所列举的附图，本发明涉及用于配备有电池类型的电能存储设备100的电子调节装置1。

存储设备100包括多个电池模块10，电池模块10与电负载(未示出)电连接以向后者提供电力。

通常，设备100的电池模块10的数量可为根据需要的任何数量。作为实例，图1示出了包括N(N≥2)个彼此并联连接的电池模块的设备100。

然而，在一些实施方案中，设备100可包括以与所例示的不同方式彼此连接的，例如串联连接的多个电池模块10。

优选地，每个电池模块10连接至一对输出端子OUT+、OUT-，在所述输出端子处，可与电负载电连接以馈给后者，并且连接至一对输入端子IN+、IN-，在所述输入端子处，可与电源电连接以进行充电。

在设备100的一些实施方案中，如图1所示，每个电池模块10的输入端子对IN+、IN-和输出端子对OUT+、OUT-可具有公共端子，例如地电位端子。

有利地，每个电池模块10包括一个或多个彼此串联或并联电连接的电池单体11。

电池单体11可为铅-酸、镍-镉、钠-硫、镍-金属氢化物、钠-金属氯化物、氧化还原剂、铁离子型、铝离子型或钠离子型等的电池单体。

优选地，电池单体11为锂离子型的电池单体。

优选地，每个电池模块10包括适于管理相关电池单体11运行的电子控制装置12。

电子控制装置12适于执行检测及管理电池单体11的充电状态的功能，保护功能(例如来自过电压、过电流、过温等)，与其他任何更高级别电子装置的通信功能等。

电池模块10的构造的实例可通过以商标名GENIOL^TM 460已知的“智能电池组”来表示。该电池模块配备有四组彼此串联连接的电池单体。每组电池单体又由彼此并联连接的6个电池单体组成。该电池模块可具有例如20-40Ah的额定存储容量、10-15V的额定电压和10-30A的额定放电电流。

根据本发明，设备100包括电子调节装置1，电子调节装置1适于调节由电池模块10供应给电负载的馈电电流。

电子调节装置1包括多个电子调节单元2。

每个电子调节单元2包括在相应的电池模块10中，并且适于调节由相应电池模块的电池单体11提供给电负载的馈电电流IL。

作为实例，每个电子单元2可与电子控制装置12一起集成在电路板中，并与电池单体11一起置于相应电池模块10的防护罩内。

优选地，电子装置1包括用于设备100中所含每个电池模块10的电子调节单元2。

然而，在本发明的一些实施方案中，电子装置1可包括总数量低于存在于设备100中的电池模块10总数量的电子调节单元。

通常，关系2≤M≤N是有效的，其中N和M分别为设备100中存在的电池模块10的数量和电子调节单元2的数量。

电子装置1包括电子总线3，电子总线3并联连接至电子调节单元2以允许后者之间的通信。

特别地，电子总线3适于向电子调节单元2供给总线信号VBUS。

总线信号VBUS指示由设备100的电池模块提供给电负载的最小馈电电流。

为清楚起见，规定术语“最小馈电电流”是指，由设备100的电池模块之一提供给电负载的馈电电流，该馈电电流低于由其他电池模块提供的馈电电流。

自然地，总线信号VBUS可根据设备100的各电池模块的运行状态而随时间变化。

事实上，由设备100的任何电池模块提供的馈电电流可随充电状态以及相关电池单体和相关电连接的电阻抗的任何变化而改变。

这意味着提供给电负载的最小馈电电流值可随时间而变化，供应该最小馈电电流的电池模块也是如此。

根据本发明，每个电子调节单元2包括第一电子级21，其布置旨在接收总线信号VBUS和第一检测信号S1。

检测信号S1指示由相应电池模块10的电池单体11提供给电负载的馈电电流IL。

电子级21的配置旨在处理所接收的输入总线信号VBUS和输入检测信号S1，并提供经修改的新的总线信号VBUS以使其通过电子总线3供给至电子调节单元2获得。

仅在由相应电池模块10的电池单体11提供的馈电电流IL低于前述最小馈电电流的情况下，才由电子级21提供经修改的总线信号VBUS。

换句话说，电子级21的配置旨在，如果由相应电池模块10提供的馈电电流IL出于任何原因(例如由于电池单体11的阻抗变化)而低于通过电子总线3供给的最小馈电电流值，则提供不同于通过电子总线3最初供给的总线信号VBUS的总线信号VBUS。

在实践中，电子级21的配置旨在，在由相应电池模块10提供的馈电电流IL已变成提供给电负载的最小馈电电流，即低于通过电子总线3最初供给的电流值，并因此低于由设备100的其他电池模块部分提供的馈电电流的情况下，提供指示新的最小馈电电流值的总线信号VBUS。

优选地，每个电子调节单元2包括第二电子级22，第二电子级22的配置旨在接收和处理总线信号VBUS和检测信号S1，并基于前述信号的行为提供第一控制信号A。

优选地，每个电子调节单元2包括第三电子级23，第三电子级23布置旨在接收控制信号A，并且当通过控制信号A启用时提供第二控制信号R。

优选地，每个电子调节单元2包括具有端子241、242的第四电子级24，端子241、242电连接至将电池单体11与电负载相连接的电线，使得由相应电池模块10的电池单体11提供给电负载的馈电电流IL流过它们。

当电子级24接收来自电子级23的控制信号R时，其适于调节馈电电流IL。

特别地，电子级24的配置旨在减小馈电电流IL，以响应可能自电子级23接收的输入控制信号R。

在本发明的一些实施方案中，电子级24虽为电子调节单元2的一部分，但其也可用于关于上述目的的其他目的。

例如，其也可用作电子去耦电路，以在各电池单体11充电期间或在发生电故障的情况下使相应的电池模块10与电负载断开连接。

根据另一个实例，电子级24可用作保护性电子电路，以在电负载上发生过电压的情况下使相应的电池模块10与电负载断开连接。

在所例示的情况下，在无控制信号R的存在下，电子级24还可接收来自电池模块10的其他装置(例如来自电子控制装置12)的另外的控制信号以控制其运行。

在本发明的一些实施方案中，如图2所示，电子级22的布置旨在接收第二检测信号S2，第二检测信号S2指示电子级24端部处的电压，即沿着将电池单体11与电负载相连接的电线在端子241、242处的电压，由相应电池模块10的电池单体11提供给电负载的馈电电流IL流过端子241、242。

优选地，电子级22的配置旨在基于检测信号S2的行为来提供控制信号A。

优选地，每个电子调节单元2包括第五电子级25，第五电子级25的布置旨在接收由电池单体11提供给电负载的馈电电流IL的第一测量信号M1。

优选地，电子级25的配置旨在，在输出端子251处提供根据测量信号M1获得的检测信号S1。

优选地，电子级25的布置旨在接收电子级24的端部处，即端子241、242处的电压的第二测量信号M2。

优选地，电子级25的配置旨在，在输出端子252处提供根据测量信号M2获得的检测信号S2。

优选地，电子级25包括根据已知设计技术配置的一个或多个放大电路，以便处理测量信号M1、M2并在相应输出端子251、252处提供检测信号S1、S2(优选电压形式)。

优选地，电子级25从第一测量电路27接收测量信号M1，第一测量电路27的配置旨在沿连接电池单体11和电负载的电线检测馈电电流IL，并生成测量信号M1。

测量电路27可包括例如沿连接电池单体11和电负载的电线布置的电阻分路，以便提供指示馈电电流IL的电压信号M1。

优选地，电子级25从第二测量电路28接收测量信号M2，第二测量电路28的配置旨在检测电子级24的端子241、242之间的电压，并生成测量信号M2。

测量电路28可包括，例如沿连接电池单体11和电负载的电线连接至端子241、242的一对电极，以便提供指示电子级24的端子241、242之间电压的电压信号M2。

根据本发明的一些实施方案，例如在所列举的附图中示出地，测量电路27、28虽为电子单元2的一部分，但其也可用于其它目的(例如作为对过电流或过电压的被动保护)，或者还可用于将测量信号M1、M2发送至电池模块10的其他电子装置，例如发送至电子装置12。

根据本发明的优选实施方案，电子装置1(特别是电子总线3和电子调节单元2)由模拟型的电子电路组成，以便在调节馈电电流IL中确保缩短的响应时间(约10-50ms)。

根据本发明的优选实施方案(在所列举的附图中示出)，电子总线3和电子调节单元2的布置旨在，使得至电子级21-25的总线信号VBUS、检测信号S1、S2以及更泛指地输入/输出信号为电压信号。这使得简化电子装置1的电路结构，特别是电子调节单元2的电路结构成为可能。

下文中，将参照图2更详细地描述本发明的优选实施方案。

优选地，如所列举的附图中所示，电子级21包括第一输入端子211、第二输入端子212和第一输出端子213。

优选地，输入端子211连接至电子总线3以接收通过后者供给的总线信号VBUS(电压)，输入端子212连接至电子级25(在后者的端子251处)以接收检测信号S1(电压)，以及输出端子213连接至电子总线3和电子级22，以向电子总线3和电子级22提供(如必要)新的总线信号VBUS(电压)。

优选地，电子级21包括第一电路部分214，第一电路部分214具有作为输入端子的端子211、212和作为输出端子的第一连接端子216。

优选地，配置电路部分214旨在，将通过电子总线3供给的总线信号VBUS和检测信号S1彼此进行比较。

优选地，电路部分214包括第一运算放大器A1，第一运算放大器A1以单位增益放大器的配置来布置，并且配备有合适的输入和输出电力网络(其可利用已知设计技术来生产)，其有利地配置为允许放大器对地吸收电流而不供应输出电流。

有利地，布置运算放大器A1旨在，使得非反相输入端和反相输入端分别连接至输入端子211、212，并使得输出端与连接端子216连接。

电路部分214在连接端子216处提供第一控制信号P1(电压)，其在检测信号S1低于或高于总线信号VBUS的情况下，分别呈现“高”或“低”的逻辑状态。

优选地，电子级21包括与电路部分214级联连接的第二电路部分215。

优选地，电路部分215具有作为输入端子的连接端子216和作为输出端子的端子213。

优选地，配置电路部分215旨在，在检测信号S1低于接收到的输入总线信号VBUS的情况下，提供指示由相应电池模块10提供给电负载的馈电电流IL的信号。

如果由相应电池模块10的电池单体11提供的馈电电流IL值低于总线信号VBUS的电流值(最小馈电电流)，则由电路部分215提供的输出信号(电压)将指示提供给电负载的新的最小馈电电流值。

倘若输出端子213连接至电子总线3，则由电路部分215提供的输出信号将形成新的总线信号VBUS，通过电子总线3供给至电子单元2。

优选地，配置电路部分215旨在，在由相应电池模块10的电池单体11提供的馈电电流IL值高于通过电子总线3供给的总线信号VBUS的电流值(最小馈电电流)的情况下，不提供任何输出信号。

优选地，电路部分215包括第一开关装置Q1(优选BJT型的晶体管)，其通过可利用已知设计技术生产的合适的滤波器和极化网络而布置为，具有分别连接至端子216、213和接地的端子(在所示实例中，集电极和发射极)。

以这种方式，如果端子216处的控制信号P1处于“低”或“高”的逻辑状态，则开关装置Q1分别处于关断状态(OFF)或导通状态(ON)。

现在，将更详细地描述根据上述实施方案的电子级21的运行。

电路部分214接收总线信号VBUS和检测信号S1，并在它们之间进行比较。

如果由检测信号S1提供的电流值高于由总线信号VBUS提供的电流值，则运算放大器A1通过取决于相关反馈网络的响应动态而在连接端子216处提供具有“低”逻辑值的控制信号P1(电压)。

在此情况下，电路部分215的晶体管Q1切换至关断状态(OFF)，其响应动态取决于相关的极化和滤波器网络。

因此，电子级21在端子213处不能提供任何输出信号。

通过电子总线3供给，并且经设备100的另一电池模块的电子调节单元施加的向电负载提供最小馈电电流的总线信号VBUS，不被电子级21修改。

如果由检测信号S1提供的电流值低于由总线信号VBUS提供的电流值，则运算放大器A1通过取决于相关反馈网络的响应动态而提供具有“高”逻辑值的控制信号P1(电压)。

在此情况下，电路部分215的晶体管Q1切换至导通状态(ON)，其响应动态取决于相关的极化和滤波器网络。

在短暂的瞬变周期之后，电子级21能够在端子213处提供指示由电池模块10供应给电负载的馈电电流IL值的输出信号(电压)。

该输出信号(在此情况下对应于检测信号S1)形成施加于电气总线3上的新的总线信号VBUS。这通过以下事实而成为可能：倘若由电池模块10供应的馈电电流IL为提供给电负载的最小馈电电流，则连接至电子总线3的其他电子调节单元2不能提供任何总线信号。

根据本发明，电子级21在电子单元2中的布置，使得在相当程度上简化调节装置1和设备100的总体结构成为可能。

事实上，不同于现有技术的存储设备中所出现的情况，不必将用作“主”装置的电子控制单元布置为向电池模块上的调节单元发送参考信号。

根据本发明，在电子装置1中，总线信号VBUS由向电负载供应最小馈电电流的电池模块10的电子级21在给定的运行时刻自动地施加。

因此，与相应电池模块的电池单体的运行状态有关地，每个电子调节单元2可自动变成其他电池模块的电子调节单元的“主”装置，或变成受另一电池模块的电子调节单元控制的“从”装置。

优选地，电子级22连接至电子总线3并与电子级21级联连接，并且连接至电子级23以向后者提供控制信号A。

优选地，电子级22包括第三电路部分224，第三电路部分224适于接收总线信号VBUS，并提供根据总线信号VBUS的参考信号VR。

优选地，参考信号VR是由关系式VR＝VO+VBUS定义的电压信号，其中VO为预定义的补偿信号(电压)。

优选地，电路部分224包括电子级22的第三输入端子221，第三输入端子221连接至电子级21的输出端子213并连接至电子总线3，以接收通过电子总线3供给或直接由电子级21供给的总线信号VBUS。

优选地，电路部分224包括电子级22的第四输入端子224A，第四输入端子224A连接至馈电电路(未示出)以接收补偿信号VO。

优选地，电路部分224包括提供参考信号VR的第二连接端子224B。

优选地，电路部分224包括第二运算放大器A2，第二运算放大器A2通过可利用已知设计技术生产的合适的反馈电力网络而以非反相求和放大器的配置来布置。

有利地，运算放大器A2的布置旨在，通过前述反馈网络而具有连接至输入端子221和224A的非反相输入端、接地的反相输入端和连接至连接端子224B的输出端。

运算放大器A2配置为非反相求和放大器，其提供输出参考信号(电压)VR＝VO+VBUS。

在实践中，电路部分224配置为将预定义补偿值(电压)与所接收的输入总线信号VBUS的值(电压)相加。该补偿值VO可为例如信号VBUS的最大值的约2％。

与可忽略的测量误差有关地(例如低于最大值的4％)，电路部分224有利地可减少叠加在总线信号VBUS上的任何干扰的影响，使得对由电池模块10提供的馈电电流IL的调节更加有力。

优选地，电子级22包括与电路部分224级联连接的第四电路部分225。

优选地，电路部分225具有作为输入端子的连接端子224B，并且包括电子级22的第五输入端子223，第五输入端子223连接至电子级25(在后者的端子251处)以接收检测信号S1(电压)。

优选地，电路部分225包括电子级22的第二输出端子222，在第二输出端子222处为电子级23提供控制信号A。

优选地，电路部分225包括第三运算放大器A3，第三运算放大器A3通过可利用已知设计技术生产的合适的反馈电力网络而以比例积分器的配置来布置。

运算放大器A3有利地布置为，通过前述反馈网络而具有分别连接至输入端子223、224B的非反相输入端和反相输入端，以及与输出端子222连接的输出端。

当参考信号S1(电压)低于参考信号VR时，即当由电池模块10供应的馈电电流IL值低于参考值VR(指示加入补偿值的最小馈电电流值)时，运算放大器A3提供随输入信号S1、VR之差逐渐减小的输出信号(电压)。

当参考信号S1高于参考信号VR时，即当由电池单体11供应的馈电电流IL值高于参考值VR时，运算放大器A3提供随输入信号S1、VR之差逐渐增大的输出信号(电压)。

因此，电路部分225在输出端子222处提供控制信号A，控制信号A随由电池单体11供应的馈电电流IL值和参考值VR之差而变化。

优选地，电子级23与电子级22级联连接，并且当通过由电子级22接收的输入控制信号A启用时，其连接至电子级24以向后者提供控制信号R。

优选地，电子级23包括连接至电子级22的输出端子222的第六输入端子231，和连接至电子级24的第三输出端子232。

优选地，电子级23包括第二开关装置Q2(优选BJT型的晶体管)，其通过可利用已知设计技术生产的合适的滤波器和极化网络而布置为，具有分别连接至端子231、232和接地的端子(在所示实例中，集电极和发射极)。

以这种方式，如果端子231处的控制信号A处于“低”或“高”的逻辑状态，则开关装置Q2分别处于关断状态(OFF)或导通状态(ON)。

优选地，电子级24包括第三开关装置F1(优选FET型)，其通过可利用已知设计技术生产的合适的滤波器和极化网络而布置为，具有与端子241、242连接从而使馈电流IL流过它们的一对端子(在所示实例中，“源极”端子和“漏极”端子)，以及连接至电子级23的端子232的另一个端子(在所示实例中，“门极”端子)。

开关装置F1有利地布置为在饱和状态下持续地运行。因此，其可根据输入控制电压(在所示实例中，“门极”端子和“源极”端子之间的电压)来调节馈电电流IL(在所示实例中，在“源极”端子和“漏极”端子之间流动)。

当控制信号A处于“低”逻辑状态时，开关装置Q2处于关断状态，并且电子级23在端子232处不能提供任何第二控制信号R。端子232可例如保持在通过与其连接的另一个电子电路，例如通过电子控制装置12而施加的电势下。

因此，电子级23不能与电子级24相互作用以调节馈电电流IL。

当控制信号A处于“高”逻辑状态时，开关装置Q2处于导通状态，并且电子级23在端子232处提供控制信号R(电压)。

该控制信号R主要在于在端子232上施加控制电压，所述控制电压的值低于由连接至同一端子232的另一个电子电路(例如控制装置12)所原本施加的电压。

当端子232保持在越来越低的电压下时，晶体管F1的“门极-源极”电压逐渐减小，导致流过端子241、242的馈电电流IL逐渐减小(晶体管F1的等效电阻增加)。

要指出的是，当端子232保持在逐渐减小的电压下时，倘若流过晶体管F1的馈电电流IL的减小是以晶体管F1的等效电阻增加为代价而获得的，则电子级24的端子241、242(在所示实例中，晶体管F1的“漏极”端子和“源极”端子)之间的电压逐渐增加。

由上述显然可见，电子单元2(特别是电子级25、电路部分224-225、电子级23和电子级24)实现了第一控制回路，该第一控制回路根据总线信号VBUS来调节馈电电流IL。

更具体地，该控制回路配置为，当由电池单体11提供给电负载的馈电电流IL值超过由信号VBUS提供的最小馈电电流值时，减小由电池单体11提供给电负载的馈电电流IL。

当由电池单体11提供给电负载的馈电电流IL值与由信号VBUS提供的最小馈电电流值大致相等(除由补偿电压VO引入的误差外)时，前述第一控制回路进行的调节作用保持稳定。

在给定时刻，在由电池单体11提供给电负载的馈电电流IL值出于任何原因而低于由信号VBUS提供的最小馈电电流值的情况下，前述第一控制回路不提供任何调节作用(电子级23处于关断状态)。事实上，在此情况下，由电池单体11提供的馈电电流IL为供应给电负载的最小馈电电流。

根据本发明的一些实施方案(在所列举的附图中示出)，电子级22包括第五电路部分226。

优选地，电路部分226包括电子级22的第七输入端子227，第七输入端子227连接至电子级25(在后者的端子252处)以接收检测信号S2(电压)。

优选地，电路部分226包括电子级22的第八输入端子228，第八输入端子228连接至供应电路(未示出)以接收阈值信号VT(电压)。

优选地，电路部分226包括连接至输出端子222的第三连接端子229，在该端子处提供用于电子级23的控制信号A。

优选地，电路部分226配置为接收检测信号S2，并根据检测信号S2且替代第四电路部分225而向电子级23提供具有预定义值的控制信号A，由此禁用电子级23。

优选地，电路部分226包括第四运算放大器A4，第四运算放大器A4通过可利用已知设计技术生产的合适的反馈电力网络而以比例积分器的配置来布置。

运算放大器A4有利地布置为，通过前述反馈网络而具有分别连接至输入端子228、227的非反相输入端和反相输入端，以及与第四连接端子226A连接的输出端。

运算放大器A4在端子226A处提供随检测信号S2和阈值信号VT之差而变化的第二控制信号P2(电压)。

当参考信号S2(电压)低于阈值信号VT时，即当电子级24的端子241、242之间的电压(在以上示出的实例中，晶体管F1的“漏极-源极”电压)低于阈值VT时，运算放大器A4提供随输入信号S1和VT之差逐渐减小的输出控制信号P2。

当参考信号S2高于阈值信号VT时，即当电子级24的端子241、242之间的电压高于阈值VT时，运算放大器A4提供随输入信号S1、VT之差逐渐增大的输出信号。

优选地，电路部分226包括第三开关装置Q3(优选BJT型的晶体管)，其通过可利用已知设计技术生产的适当的滤波器和极化网络而布置为，具有分别连接至端子226A、229和接地的端子(在所示实例中，分别为集电极和发射极)。

以这种方式，如果端子226处的控制信号P2处于“低”或“高”的逻辑状态，则开关装置Q3分别处于关断状态(OFF)或导通状态(ON)。

现在，更详细地描述电路部分227的运行。

电路部分226接收检测信号S2和阈值信号VT，并在它们之间进行比较。

如果指示电子级24的端子241、242之间电压的值低于阈值VT，则运算放大器A4通过取决于相关反馈网络的响应动态而提供输出控制信号P2，其逐渐减小直至晶体管Q3切换至关断状态(OFF)。

因此，电路部分226不能在端子229处提供任何输出信号，并因此不能与电路部分225相互作用。

如果指示电子级24的端子241、242之间电压的值高于阈值VT，则运算放大器A4提供输出控制信号P2(电压)，其逐渐增大直至晶体管Q3切换至导通状态(ON)。

当晶体管Q3处于导通状态时，倘若电路部分225的输出端子222连接至端子229，则连接端子229必然也呈现在电路部分225的输出端子222上所施加的预定义电压。

以上基本意味着，在电子级22的输出端子222处提供具有预定义值的控制信号A。

要指出的是，当电路部分226运行时(晶体管Q3处于导通状态)，控制信号A呈现前述的预定义值，而与电路部分225所进行的调节作用无关。

因此，当电子级24的端子241、242之间的电压高于阈值VT时，电路部分226替代电路部分225而向电子级23提供控制信号A。

由上述显然可见，电子级25和电路部分226实现了第二电压控制回路，该第二电压控制回路仅在电子级24的端子241、242之间的电压高于阈值VT时运行。

前述第二控制回路将电子级24的端子241、242之间的电压基本维持在值VT，并在电子级24的端子241、242之间的电压趋于超过阈值VT时使第一控制回路(上文所示)的作用无效。

倘若电子级24所提供的等效电阻减小，则前述第二控制回路的作用会引起电子级24的端子241、242之间的电压降低。

参照图3，其示出了根据本发明的电能存储设备100的运行实例，该电能存储设备100包括与负载并联连接的四个电池模块10。

起初，电池模块10提供具有彼此非常不同的值IL1、IL2、IL3、IL4的馈电电流。

可以看出，由于调节装置1的作用，由电池模块提供的馈电电流迅速达到(在约9ms内)共同值ILM，其大致对应于初始电流的平均值(最大误差低于1％)。

在实践中，已发现如何使用根据本发明的存储设备100和相关电子调节装置1达到前述目的。

调节装置1使得提供给电负载的馈电电流非常快速地平衡，确保在各电池模块之间对负载有效地均等分担。

调节装置1能够自动使提供给电负载的馈电电流的平衡作用适于电池模块(特别是电池模块的电池单体)的有效运行状况。

调节装置1具有相对简单的电路结构，并且可容易地布置在电能存储设备上而不使其总体尺寸有任何明显增加。

调节装置1和设备100对于以工业规模制造而言容易且廉价。

Claims (12)

1.用于配备有电池类型的电能存储设备(100)的电子调节装置(1)，所述存储设备包括可与电负载电连接的多个电池模块(10)，所述电子调节装置包括多个电子调节单元(2)，每个电子调节单元(2)包括在相应的电池模块(10)中以调节由相应电池模块的一个或多个电池单体(11)提供给所述电负载的馈电电流(IL)，其特征在于，所述电子调节装置(1)包括连接至所述电子调节单元(2)以向所述电子调节单元供给总线信号(VBUS)的电子总线(3)，总线信号(VBUS)指示提供给所述电负载的最小馈电电流，每个电子调节单元(2)包括第一电子级(21)，第一电子级(21)适于接收和处理通过所述电子总线供给的总线信号(VBUS)和由相应电池模块的电池单体提供给所述电负载的指示馈电电流(IL)的第一检测信号(S1)，在由相应电池模块的电池单体提供给所述电负载的馈电电流(IL)低于所述最小馈电电流的情况下，所述第一电子级适于提供通过所述电子总线供给至所述电子调节单元的新的经修改的总线信号。

2.根据权利要求1所述的电子调节装置，其特征在于，每个电子调节单元(2)包括第二电子级(22)，第二电子级(22)适于接收和处理所述总线信号(VBUS)和所述第一检测信号(S1)，并基于所述总线信号和第一检测信号的行为而提供第一控制信号(A)。

3.根据权利要求2所述的电子调节装置，其特征在于，每个电子调节单元(2)包括第三电子级(23)，第三电子级(23)适于接收所述第一控制信号(A)，并且当通过所述第一控制信号启用时提供第二控制信号(R)以减小由相应电池模块的电池单体提供给所述电负载的馈电电流(IL)。

4.根据权利要求3所述的电子调节装置，其特征在于，每个电子调节单元(2)包括第四电子级(24)，当所述第四电子级从所述第三电子级接收到所述第二控制信号(R)时，第四电子级(24)适于减小由相应电池模块的电池单体提供给所述电负载的馈电电流(IL)。

5.根据权利要求4所述的电子调节装置，其特征在于，所述第二电子级(22)适于接收和处理指示所述第四电子级(24)端子处电压的第二检测信号(S2)，并基于所述第二检测信号的行为而提供所述第一控制信号(A)，由相应电池模块的电池单体提供给所述电负载的馈电电流(IL)流过第四电子级(24)。

6.根据权利要求4所述的电子调节装置，其特征在于，所述第一电子级(21)包括：

-适于比较所述新的经修改的总线信号(VBUS)和所述第一检测信号(S1)的第一电路部分(214)；

-适于提供所述新的经修改的总线信号的第二电路部分(215)。

7.根据权利要求5所述的电子调节装置，其特征在于，所述第二电子级(22)包括：

-适于接收和处理所述总线信号(VBUS)并基于所述总线信号而提供参考信号(VR)的第三电路部分(224)；

-适于接收和处理所述参考信号(VR)和所述第一检测信号(S1)并基于所述参考信号(VR)和所述第一检测信号(S1)而提供所述第一控制信号(A)的第四电路部分(225)。

8.根据权利要求7所述的电子调节装置，其特征在于，所述第二电子级(22)包括第五电路部分(226)，第五电路部分(226)适于接收和处理所述第二检测信号(S2)并基于所述第二检测信号(S2)且替代所述第四电路部分(225)而提供所述第一控制信号(A)，该第一控制信号(A)具有预定义值以禁用所述第三电子级(23)。

9.根据权利要求5所述的电子调节装置，其特征在于，每个电子调节单元(2)包括第五电子级(25)，第五电子级(25)适于接收和处理由相应电池模块的电池单体提供给所述电负载的馈电电流(IL)的第一测量信号(M1)，并提供所述第一检测信号(S1)。

10.根据权利要求9所述的电子调节装置，其特征在于，所述第五电子级(25)适于接收和处理所述第四电子级(24)的端子处的电压的第二测量信号(M2)并提供所述第二检测信号(S2)，由相应电池模块的电池单体提供给所述电负载的馈电电流(IL)流过第四电子级(24)。

11.一种电能存储设备(100)，包括可与电负载电连接的多个电池模块(10)，其特征在于，所述电能存储设备(100)包括根据权利要求1至10中任一项所述的电子调节装置(1)。

12.根据权利要求11所述的电能存储设备，其特征在于，所述电池模块(10)包括锂离子型的电池单体(11)。

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