用于管理电池内存储的电能的管理单元和方法技术

本发明专利技术是一种用于管理电池内存储的电能的管理单元和方法。用于管理在由多个串联电池单元(3)构成的电池(2)内存储的电能的管理单元(1)和方法，该管理单元(1)包括：主均衡单元(4)，其构成变压器(5)的初级部分，且具有由电池(2)供电的恒定交流电发生器(6)，其通过主均衡电路(4)馈送恒定强度的交流电；和对该电池(2)的每个电池单元(3)而言，次级均衡单元(7)其构成变压器(7)的次级部分，被并行连接至电池单元(3)，具有仅在一个方向内向电池单元(3)施加电流的单向电子设备(8)，并被连接至驱动设备(9)，该驱动设备可被启用以归零由次级均衡电路(7)施加给电池单元(3)的电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于管理在包括多个串联电池单元的电池内存储的电能的管理单元和方法。本专利技术尤其有利于在混合动力车驱动电池内使用，下文对其举例描述。
技术介绍
汽车驱动电池(或‘电池组’)包括多个电化学电池单元，其用于将累积的化学能转换成电能，并被串行连接以累积各个电池单元的电压。换句话说，将电池单元串联至电池端子产生足够高的电压以便电池提供相当高的电能，同时依然保持可接受的电流强度。例如，典型的混合动力车驱动电池在其端子上具有400伏特的额定电压，包括一百个串联电池单元，分别具有4伏特的额定电压。因为在电池单元组件的制造容限和偏差中不可避免的差别，电池单元容量(即可提供的电荷总量，通常用安培小时表示)差别很大，在当前市场销售的电池内大约额定值的士 10%。因为电池单元被串行连接，电池(即作为整体的串联电池单元)的容量限制于最低容量(即具有最低容量的电池单元的容量)。换句话说，仅性能最差的电池单元被充分使用。在包括百个串联电池单元的当前市场销售的电池内，这意味着仅一个被充分使用，其余九十九个或多或少地使用不足。为了充分使用全部的电池单元，已经提出了电能管理(或者所谓的均衡)单元在电池操作过程中在电池单元之间传输电能。例如，当电池放电时，电能管理单元将电能自性能较佳(即较高容量)电池单元传输至性能较差(即较低容量)电池单元，以便充分使用全部的电池单元。但是，当前市场销售的电能管理(或均衡)单元复杂、笨重且昂贵，而且在能量方面效率不高。W02007145463A1描述了一种用于管理在包括多个串联电池单元的电池内存储的电能的管理单元，并包括主均衡单元，其构成变压器的初级部分并具有交流电发生器；和对每个电池单元而言，次级均衡单元其构成变压器的次级部分，因而被磁耦合至主均衡单元，被并行连接至电池单元，具有仅在一个方向内向电池单元施加电流的单向电子设备，并被连接至驱动设备，该驱动设备可被启用以使由次级均衡电路施加给电池单元的电压归零。提供主均衡电路的电发生器使用电池电压，包括CSW再分配晶体管，其开启或关闭以使能或禁止自较高至较低充电的电池单元的能量传输。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于管理在包括多个串联电池单元的电池内存储的电能的管理单元和方法，设计以消除上述缺点，并且便宜和易于实现。根据本专利技术，提供一种用于在包括多个串联电池单元的电池内存储的电能的管理单元，该管理单元包括主均衡单元，其构成变压器的初级部分，并具有交流电发生器；和对该电池O)的每个电池单元C3)而言，次级均衡单元(7)其构成变压器(7)的次级部分，因而被磁耦合至主均衡单元，被并行连接至电池单元，具有仅在一个方向内向电池单元施加电流的单向电子设备，并被连接至驱动设备，该驱动设备可被启用以归零由次级均衡电路施加给电池单元的电压。该管理单元的特征在于该交流电发生器是恒定交流电发生器，其由电池供电和通过主均衡电路馈送恒定强度的交流电。根据本专利技术，还提供一种用于管理在包括多个串联电池单元的电池内存储的电能的管理方法，该方法包括步骤构造主均衡单元，其构成变压器的初级部分，具有由电池供电的恒定交流电发生器，其通过主均衡单元馈送恒定强度的交流电；对该电池的每个电池单元而言，构造次级均衡电路，其构成变压器的次级部分，因而被磁耦合至主均衡单元，被并行连接至电池单元，具有仅在一个方向内向电池单元施加电流的单向电子设备，并被连接至驱动设备，该驱动设备可被启用以归零由次级均衡电路施加给电池单元的电压；利用连接至电池单元的至少一个相应传感器确定每个电池单元的电荷状态；启用相应驱动设备以防止能量自主均衡电路传输至连接至具有非亏空电荷状态的电池单元的每个次级均衡电路和停用相应的驱动设备以将能量自主均衡电路传输至连接至具有亏空电荷状态的电池单元的每个次级均衡电路。附图说明将参考附图举例描述本专利技术的多个非限制实施例，在附图中图1图示根据本专利技术的用于管理在包括多个串联电池单元的电池内存储的电能的管理单元的示意图；图2和图3图示图1电能管理单元的两个替代实施例的示意图。 具体实施例方式在图1中的标号1作为整体表示用于管理在包括多个串联电池单元3(在图1中仅图示了若干个)的电池2内存储的电能的管理(或均衡)单元。管理单元1包括主均衡电路4，其构成变压器5的初级部分，并具有由电池2供电的恒定交流电发生器6，其通过主均衡电路4馈送恒定强度的交流电。对于电池2的每个电池单元3，管理单元1包括次级均衡电路7，其构成变压器5的次级部分，因此被磁耦合至主均衡电路4。每个次级均衡电路7被并行连接至电池单元3， 即次级均衡电路7的两个端子连接至相应电池单元3的两个端子，并具有单向电子设备8， 其仅在一个方向内将电流施加给电池单元3。更特别地，每个单向电子设备8将单向电流施加进入电池单元3的正端子，和从电池单元3的负端子流出(即通过电池单元3并在次级均衡电路7内生成的电流仅充电电池单元幻。最后，每个次级均衡电路7连接至驱动设备 9，其可以启动其以归零由次级均衡电路7施加给电池单元3的电压，即防止在次级均衡电路7内生成的电流环行通过电池单元3。每个次级均衡电路7包括铁磁材料的磁环10，其构成变压器5的磁芯，且同时被磁耦合至次级均衡电路7和主均衡电路4。每个次级均衡电路7包括磁耦合至相应磁环10 的单线匝；和主均衡电路4包括磁耦合至全部磁环10的单线匝。换句话说，如图1明确图示的，主均衡电路4通过全部磁环10的中心延伸，没有围绕磁环10的其它线匝；和每个次级均衡电路7通过相应磁环10的中心延伸，没有围绕磁环10的其它线匝。在未图示的替代实施例中，主均衡电路4和/或次级均衡电路7分别包括围绕磁环10的多个线匝。每个变压器5明显具有1. 0的变压系数，即通过主均衡电路4的交流电具有与通过每个次级均衡电路7的交流电相同的强度。在典型的汽车应用中，交流电发生器6生成若干(例如5)安培和频率为100至300kHz的电流。在图1的实施例中，每个驱动设备9包括控制开关11，启动其以短路单向电子设备 8上游方向的相应次级均衡电路7。每个控制开关11可以是电机械的(例如继电器)或完全电子的(例如单个MOSFET晶体管或包括至少一个MOSFET晶体管的更复杂的电子电路)。 当控制开关11被停用(打开)时，相应次级均衡电路7不被短路，因而馈送通过电池单元 3的电流以向其再充电(即提供电能)。也就是，通过由变压器5磁耦合的主均衡电路4在次级均衡电路7内感应的交流电必需流过电池单元3 (明显地，仅当其在单向电子设备8允许的方向内流动时)，因而将其再充电。相反地，当控制开关11被启用(关闭)时，相应的次级均衡电路7被短路，从而不馈送通过电池单元3的电流。也就是，通过由变压器5磁耦合的主均衡电路4在次级均衡电路7内感应的交流电流过控制开关11，对电池单元3没有影响。很重要地指出，当启用(关闭)时，控制开关11在其端子上具有几十毫伏(例如 0.05伏特)的电压降。所以，假设电流发生器6生成5安培的电流，在启用(关闭)控制开关11内的功率损失仅是几十毫瓦(例如0. 05伏特的电压降和5安培电流的0. 025毫瓦)。 不是明显的能量损失源，因此，不需要设计控制开关11以处理大量热量，且对管理单元1的效率没有显著的负面影响。在图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
（３）的电压；该管理单元（１）的特征在于该交流电发生器（６）是恒定交流电发生器，其由电池（２）供电和通过主均衡电路（４）馈送恒定强度的交流电。）其构成变压器（５）的次级部分，因而被磁耦合至主均衡单元（４），被并行连接至电池单元（３），具有仅在一个方向内向电池单元（３）施加电流的单向电子设备（８），并被连接至驱动设备（９），该驱动设备可被启用以归零由次级均衡电路（７）施加给电池单元１．一种用于管理在包括多个串联电池单元（３）的电池（２）内存储的电能的管理单元（１），该管理单元（１）包括：主均衡单元（４），其构成变压器（５）的初级部分，并具有交流电发生器（６）；和对该电池（２）的每个电池单元（３）而言，次级均衡单元（７

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佛朗哥·钱波利尼，
申请(专利权)人：马涅蒂马瑞利公司，
类型：发明
国别省市：IT