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1、(10)申请公布号 CN 102971932 A (43)申请公布日 2013.03.13 CN 102971932 A *CN102971932A* (21)申请号 201180024327.7 (22)申请日 2011.05.11 102010029013.0 2010.05.17 DE H02J 7/00(2006.01) B60L 11/18(2006.01) (71)申请人 罗伯特博世有限公司 地址 德国斯图加特 申请人 SB 锂摩托有限公司 SB 锂摩托德国有限公司 (72)发明人 W席曼 S布茨曼 (74)专利代理机构 北京市金杜律师事务所 11256 代理人 郑立柱 (54) 。
2、发明名称 具有降低的电路复杂性的蓄电池平衡 (57) 摘要 本发明提出了一种用于蓄电池的电路， 其包 括 n 个串联在正电池端子 (12) 和负电池端子 (13) 之间的蓄电池单元 (10-1， ， 10-n)。 n 是大于 1 的自然数。通过 n 个蓄电池单元 (10-1， ， 10-n) 的串联， 在所述 n 个蓄电池 单元 (10-1， ， 10-n) 之间得到 (n-1) 个连 接点 (11-1， ， 11-n-1)。所述电路包括放电 元件 (30)， 其具有第一联接端和第二联接端， 其 中， 所述第一联接端连接或可连接第一放电线路 (14-1)， 所述第二联接端连接或可连接第二放电 。
3、线路(14-2)。 根据本发明， 所述电路包括(n+1)个 开关 (20-1， ， 20-n+1)， 其在所述第一联接 端可连接(n-1)个连接点(11-1， ， 11-n-1) 中的一个或者正或负蓄电池端子 (12 ； 13) 中的 一个， 并且在所述第二联接端连接所述第一或第 二放电线路 (14-1 ； 14-2)。以这种方式， 各个蓄 电池单元 (10-1， ， 10-n) 的正极通过所述 开关 (20-1， ， 20-n+1) 中的一个可连接所 述第一或第二放电线路 (14-1 ； 14-2) 中被选择的 一个， 并且所述各个蓄电池单元 (10-1， ， 10-n) 的 负 极 通 过。
4、 所 述 开 关 (20-1， ， 20-n+1) 中的一个可连接第一或第二放电线路 (14-1 ； 14-2) 中余下的放电线路。此外提出了一 种具有这种电路的蓄电池。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.11.15 (86)PCT申请的申请数据 PCT/EP2011/057580 2011.05.11 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/144508 DE 2011.11.24 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4。
5、 页 1/1 页 2 1. 一种用于蓄电池的电路， 所述蓄电池具有 n 个串联在正蓄电池端子 (12) 和负蓄 电池端子 (13) 之间的蓄电池单元 (10-1、 、 10-n) 以得到在所述 n 个蓄电池单元 (10-1、 、 10-n) 之间的 (n-1) 个连接点 (11-1、 、 11-n-1)， 其中， n 是大于 1 的 自然数， 所述电路具有放电元件 (30) 和多个开关， 其中， 所述放电元件 (30) 具有连接或可 连接第一放电线路 (14-1) 的第一联接端和连接或可连接第二放电线路 (14-2) 的第二联 接端， 其特征在于， 设置 (n+1) 个开关 (20-1、 20。
6、-n+1)， 其在第一联接端可连接所述 (n-1) 个连接点 (11-1、 、 11-n-1) 中的一个或者正和负蓄蓄电池端子 (12 ； 13) 中的 一个， 并且在第二联接端连接所述第一或第二放电线路 (14-1 ； 14-2) 中的一个， 其中， 每个 蓄电池单元(10-1、 、 10-n)的正极通过所述开关(20-1、 、 20-n+1)中的一个开 关可连接所述第一或第二放电线路 (14-1 ； 14-2) 中被选择的一个， 并且所述每个蓄电池单 元 (10-1、 10-n) 的负极通过所述开关 (20-1、 、 20-n+1) 中的一个开关可连接 所述第一或第二放电线路 (14-1 。
7、； 14-2) 中余下的放电线路。 2. 根据权利要求 1 所述的电路， 所述电路具有在输入侧与电压测量单元相连接且在输 出侧与所述开关的控制输入端相连接的控制单元， 其中， 所述电压测量单元可连接每个所 述蓄电池单元 (10-1、 10-n) 并且被构造为确定与所述电压测量单元相连接的蓄电 池单元 (10-1、 、 10-n) 的单元电压并且向所述控制单元输出所述单元电压， 并且其 中所述控制单元被构造为确定具有所述蓄电池单元 (10-1、 、 10-n) 的单元电压中最 大的单元电压的蓄电池单元 (10-1、 、 10-n)， 并且通过输出相应的控制信号到所述 开关 (20-1、 、 20。
8、-n+1) 的控制输入端而将所述具有最大单元电压的所述蓄电池单元 (10-1、 、 10-n) 与所述放电元件 (30) 相连接。 3.根据权利要求1或2所述的电路， 其中， n是偶数， 并且n/2+1个开关(20-1、 、 20-n+1) 分别具有一个与所述第一放电线路 (14-1) 相连接的第二联接端， 并且 n/2 个开关 (20-1、 、 20-n+1) 具有一个与所述第二放电线路 (14-2) 相连接的第二联接端。 4. 根 据 权 利 要 求 1 或 2 所 述 的 电 路， 其 中， n 是 奇 数， 并 且 (n+1)/2 个 开 关 (20-1、 、 20-n+1) 分别具有。
9、一个与所述第一放电线路 (14-1) 相连接的第二联接端， 并且 (n+1)/2 个开关 (20-1、 、 20-n+1) 具有一个与所述第二放电线路 (14-2) 相连接 的第二联接端。 5. 根据前述权利要求中的任意一项所述的电路， 其中， 所述放电元件 (30) 是一个电阻 元件。 6. 一种具有根据前述权利要求中的任意一项所述的电路和 n 个串联在所述正蓄电池 端子 (12) 和负蓄电池端子 (13) 之间的蓄电池单元 (10-1、 、 10-n) 的蓄电池。 7. 根据权利要求 6 所述的蓄电池， 其中， 所述蓄电池单元 (10-1、 、 10-n) 是锂离 子蓄电池单元。 8. 一。
10、种机动车， 其具有用来驱动所述机动车的电驱动电机和与所述电驱动电机相连接 或可连接的根据权利要求 6 或 7 所述的蓄电池。 权 利 要 求 书 CN 102971932 A 2 1/3 页 3 具有降低的电路复杂性的蓄电池平衡 技术领域 0001 本发明涉及一种用于蓄电池的电路， 其在降低电路复杂性的同时实现了蓄电池平 衡。 本发明还涉及一种具有这种电路的蓄电池和一种具有电驱动电机与这种蓄电池的机动 车。 背景技术 0002 在通常的蓄电池中， 多个蓄电池单元串联连接， 以便获得针对各种应用足够高的 输出电压。蓄电池单元的串联电路引起蓄电池的输出电流流入到所有蓄电池单元中。 0003 在所述。
11、蓄电池的充电和放电过程中因化学反应而引起蓄电池单元老化。 如果蓄电 池单元例如由于在尺寸或化学组分或在运行中承受的温度作用下的最小偏差而比其他的 蓄电池单元老化得更快， 则其内阻将升高， 这最终可能导致蓄电池单元的电压反转和蓄电 池单元的失效。 然而， 如果所述蓄电池单元失效， 因为蓄电池单元的串联电路整个蓄电池也 将失效。 0004 因而有利的是， 保证蓄电池单元的尽可能适合的充电和放电， 从而使所有蓄电池 单元也均匀地老化。 因此已知执行所谓的蓄电池平衡， 其中， 有针对性地提取具有比其他蓄 电池单元高的蓄能量的蓄电池单元的电荷。 0005 图 1 显示一种实现了蓄电池平衡的常规蓄电池。电。
12、阻 30-1 到 30-n 分别通过开 关 20-1 到 20-n 与 n 个蓄电池单元 10-1 到 10-n 并联， 以便对任意蓄电池单元有针对性地 放电期望的量。所示的方法的缺点是除了 n 个开关 20-1 到 20-n 外还需要 n 个电阻 30-1 到 30-n， 其在必要时必须被冷却， 以便将在放电时积累的热量释放出蓄电池。因此， 还已知 如下装置， 即在该装置中， 能够将一个单独的电阻作为放电元件自由地与任意蓄电池单元 10-1 到 10-n 相连接。因而 US 2007/0090799 A1 的图 2 和 6 示出了一种开关配置， 然而它 的缺点是具有 2*n 和更多的开关的开。
13、销。 发明内容 0006 因而， 本发明提供了一种用于蓄电池的电路， 其具有 n 个串联在正蓄电池端子和 负蓄电池端子之间的蓄电池单元。n 是大于 1 的自然数。通过 n 个蓄电池单元的串联， 在所 述n个蓄电池单元之间得到(n-1)个连接点。 所述电路包括放电元件， 其具有一个与第一放 电线路相连接或可连接的第一联接端和一个与第二放电线路相连接或可连接的第二联接 端。根据本发明， 所述电路具有 (n+1) 个开关， 所述开关在第一联接端可连接与所述 (n-1) 个连接点中的一个或者正极和负蓄电池端子中的一个， 并且在第二联接端连接所述第一或 第二放电线路中的一个。以这种方式， 各个蓄电池单元。
14、的正极通过所述开关中的一个可连 接所述第一或第二放电线路中被选择的一个， 并且各个蓄电池单元的负极通过所述开关中 的一个可连接所述第一或第二放电线路中余下的放电线路。 0007 本发明的电路能够与蓄电池单元和蓄电池组合成一个总系统， 这显示了本发明的 第二方面 ： 具有集成的电池平衡功能的蓄电池。 本发明的电路的优点在于， 能够使用单独的 说 明 书 CN 102971932 A 3 2/3 页 4 放电元件用于在蓄电池平衡的框架下有针对性地放电任意蓄电池单元， 而无需必须为此付 出现有技术中的开关所需的高开销。所述电路在 n 个串联的蓄电池单元的情况下仅仅具有 n+1 个开关， 并且允许设置。
15、单独的放电元件， 其用于对 n 个串联的蓄电池单元中的任意可选 择的蓄电池单元的放电， 以及用于自由地连接至蓄电池单元的正和负极。 0008 所述电路能够具有控制单元， 其在输入侧与一个电压测量单元连接， 在输出侧与 所述开关的控制输入端连接。 所述电压测量单元在这里可与每个蓄电池单元相连接并且被 构造成确定与所述电压测量单元相连接的蓄电池单元的单元电压向所述控制单元输出所 述单元电压。 所述控制单元在这里被构造为确定具有所述蓄电池单元的单元电压中最大单 元电压的蓄电池单元， 并且通过输出相应的控制信号到所述开关的控制输入端而将所述具 有最大单元电压的所述蓄电池单元与所述放电元件相连接。 00。
16、09 所述控制单元能够有利地使用任意已知的用于蓄电池平衡的方法。 优选地， 在此， 确定具有最大单元电压的蓄电池单元并且在一个确定的时间间隔中通过连接所述放电元 件对该蓄电池单元放电， 以平衡在其他蓄电池单元上的单元电压。 0010 所述蓄电池单元的数量 n 可以是一个偶数。n/2+1 个开关分别具有一个与所述第 一放电线路相连接的第二联接端， 并且 n/2 个开关具有与所述第二放电线路相连接的第二 联接端。 0011 替代地， 所述蓄电池单元的数量 n 可以是奇数。在这种情况下， (n+1)/2 个开关分 别具有一个与所述第一放电线路相连接的第二联接端， 并且 (n+1)/2 个开关具有一个。
17、与所 述第二放电线路相连接的第二联接端。 0012 所述放电元件能够是一个电阻元件。 这种电阻元件将被放电的蓄电池单元的电流 转换成热量， 以便与其相关联的蓄能量不再能够适用于所述蓄电池的实际目的。 当然， 相对 于例如感性的放电元件 ( 其能够将电荷从蓄电池单元传递到其他蓄电池单元 )， 提供了更 好的电磁兼容性。 0013 在本发明第二方面的蓄电池中， 尤其优选地， 所述蓄电池单元是锂离子蓄电池单 元。锂离子蓄电池单元具有高的单元电压和存储的能量与所需要的体积之间的大比例。 0014 本发明的另一方面涉及一种机动车， 其具有用来驱动所述机动车的电驱动电机和 与所述电驱动电机相连接或可连接的。
18、根据本发明第二方面的蓄电池。然而， 所述蓄电池不 限制于这种使用用途， 而是也能够使用于其他电力系统中。 附图说明 0015 根据附图和下面的说明更详细地阐明本发明的优选实施例， 其中， 相同的附图标 记表示相同或类似的元件。在附图中 ： 0016 图 1 示出了根据现有技术的具有蓄电池平衡的蓄电池 ； 0017 图 2 示出了本发明的第一实施例 ； 0018 图 3 示出了本发明的第二实施例， 其具有偶数个蓄电池单元 ； 以及 0019 图 4 示出了本发明的第三实施例， 其具有奇数个蓄电池单元。 具体实施方式 0020 图 2 示出了本发明的第一实施例。n 个蓄电池单元 10-1 至 10。
19、-n 串联在正蓄电池 说 明 书 CN 102971932 A 4 3/3 页 5 端子12和负蓄电池端子13之间， 由此得到在n个蓄电池单元10-1至10-n之间的(n-1)个 连接点 11-1 至 11-n-1。在所有实施例中， 所述蓄电池单元不必须是本发明本身的一部分， 更确切地说是在它的电路中实现本发明。 即使在后面谈到具有蓄电池单元的蓄电池时也只 是指所述电路， 所述电路与所述蓄电池单元相连接或者要与所述蓄电池单元连接， 并且有 利地提供蓄电池平衡的功能。这个电路能够本身是商品， 并且在以后的时间点才连接所述 蓄电池单元。 0021 根据本发明， 对于具有n个蓄电池单元10-1至10。
20、-n的图2的实施例只需要(n+1) 个开关20-1至20-n+1， 以使例如实施为欧姆电阻的放电元件30与n个蓄电池单元10-1至 10-n中的任意一个蓄电池单元相连接。 开关20-1至20-n+1在输入侧分别与配属的连接点 11-1 至 11-n-1 或正蓄电池端子 12 或负蓄电池端子 13 相连接。开关 20-1 至 20-n+1 在输 出侧按照它们的顺序交替地连接第一放电线路 14-1 或第二放电线路 14-2， 在第一放电线 路 14-1 和第二放电线路 14-2 侧连接放电元件 30 的各个联接端。蓄电池单元 10-m( 其中 0 m n) 能够连接放电元件 30， 其方式是通过闭。
21、合开关 20-m 和 20-m+1 且断开其他开关。 取决于m， 开关20-m在这里能够将蓄电池单元的正极或负极与配属于开关20-m的放电线路 14-1 或 14-2 连接， 从而能够按照哪个蓄电池单元 10-1 至 10-n 应当被放电， 从放电元件 30 的角度， 得到放电元件 30 处的单元电压的不同符号。然而， 这个事实是不重要的， 因为放电 元件 30 对流过它的电流不存在方向依赖性， 本发明就利用了这一点。 0022 图 3 示出了本发明的第二实施例， 它具有偶数个蓄电池单元。图示实施例示出了 四个蓄电池单元 10-1 至 10-4， 其中， 因为蓄电池单元 10-1 至 10-4。
22、 串联连接而得到三个连 接点11-1至11-3。 根据本发明， 五个开关20-1至20-5就足够能够将四个蓄电池单元10-1 至 10-4 中的每一个蓄电池单元与放电元件 30 连接。奇数个开关 20-1 至 20-5 分成两个组 合 S1和 S2， 每个组合分别包括三个或两个开关， 其中， S1包括开关 20-1、 20-3 和 20-5， S2包 括开关 20-2 和 2-4。当然， 图示的实施例可以具有任意偶数个蓄电池单元， 其中， 所得到的 奇数个开关原则上分成两个开关组合 S1和 S2， 它们各自的开关数量只相差 1。如果是偶数 n 个蓄电池单元， 开关 20-1 至 20-n+1 。
23、依照它们的顺序从正蓄电池端子 12 到负蓄电池端子 13 依次编号， 奇数编号的开关 20-1、 20-3、 、 20-n+1 与第一放电线路 14-1 相连接， 偶 数编号的开关 20-2、 20-4、 、 20-n 与第二放电线路 14-2 相连接。 0023 图 4 示出了本发明的第三实施例， 它具有奇数个蓄电池单元。由于奇数个 ( 在图 示实例中为 5 个 ) 蓄电池单元 10-1 至 10-5 得到偶数个 ( 在图示实例中为 6 个 ) 根据本 发明所需要的开关 20-1 至 20-6。所述开关分成两个组合 S1和 S2， 每个组合都包括同样 多的开关。所述蓄电池单元的数量可以是任意。
24、奇数的数量。如果是奇数个蓄电池单元， 开 关 20-1 至 20-n+1 依照它们的顺序从正蓄电池端子 12 到负蓄电池端子 13 依次编号， 奇数 编号的开关 20-1、 20-3、 20-n 与第一放电线路 14-1 相连接， 偶数编号的开关 20-2、 20-4、 、 20-n+1 与第二放电线路 14-2 相连接。 说 明 书 CN 102971932 A 5 1/4 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102971932 A 6 2/4 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 102971932 A 7 3/4 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 102971932 A 8 4/4 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 102971932 A 9 。