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具有改进的平衡的蓄 电池布置系统

阅读：1发布：2021-04-01

专利汇可以提供具有改进的平衡的蓄电池布置系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开一种蓄电池布置系统，其包括：多个串联的蓄电池单体，所述蓄电池单体分别具有一个第一端子和一个第二端子；多个差分放大器，所述差分放大器分别具有一个反相输入端、一个同相输入端和一个输出端，在该输出端上施加在该反相输入端上的信号与在该同相输入端上的信号之间的放大的差；其中，所述多个差分放大器中的一个差分放大器的同相输入端与所述多个蓄电池单体的第一蓄电池单体单元的第二端子耦联，并且与所述多个蓄电池单体的第二蓄电池单体单元的第一端子耦联；所述多个差分放大器中的所述一个差分放大器的反相输入端经由第一电阻而与所述多个蓄电池单体的第一蓄电池单体单元的第一端子连接，并且经由第二电阻而与所述多个蓄电池单体的蓄电池单体单元的第二端子连接；并且所述差分放大器的输出端与第二蓄电池单体单元的第二端子连接。，下面是具有改进的平衡的蓄电池布置系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.蓄电池布置系统(100，200，300，400，500)，包括：
——多个串联的蓄电池单体(102、104，202、204，302、304，404，504)，所述蓄电池单体分别具有一个第一端子和一个第二端子；
——多个差分放大器(106，406，506)，所述差分放大器分别具有一个反相输入端、一个同相输入端和一个输出端，在该输出端上施加在该反相输入端上的信号与在该同相输入端上的信号之间的放大的差；
——其中，所述多个差分放大器(106，406，506)中的一个差分放大器的同相输入端与所述多个蓄电池单体的第一蓄电池单体单元(102，203)的第二端子耦联，并且与所述多个蓄电池单体的第二蓄电池单体单元(104、205)的第一端子耦联；
——其中，所述多个差分放大器(106，406，506)中的所述一个差分放大器的反相输入端经由第一电阻(108，208，308)而与所述多个蓄电池单体的第一蓄电池单体单元(102，
203)的第一端子连接，并且经由第二电阻(110，210，310)而与所述多个蓄电池单体的蓄电池单体单元的第二端子连接；和
——其中，所述差分放大器(106，406，506)的输出端与第二蓄电池单体单元(104，205)的第二端子连接。
2.按照权利要求1所述的蓄电池布置系统(100，200，300，400，500)，其特征在于，所述差分放大器(106，406，506)是运算放大器。
3.按照权利要求1或2所述的蓄电池布置系统(100，300)，其特征在于，所述第一蓄电池单体单元包括蓄电池单体(102，302)。
4.按照权利要求1至3之一所述的蓄电池布置系统(100，300)，其特征在于，所述第二蓄电池单体单元包括蓄电池单体(104，304)。
5.按照权利要求1至4之一所述的蓄电池布置系统(100，300)，其特征在于，所述第一蓄电池单体单元包括一个蓄电池单体(102，302)并且所述第二蓄电池单体单元包括一个蓄电池单体单元(104，304)，其中，第一电阻(108，308)和第二电阻(110，310)具有相同的值。
6.按照权利要求1至5之一所述的蓄电池布置系统(200)，其特征在于，所述第一蓄电池单体单元(203)和所述第二蓄电池单体单元(205)包括相同数量的串联的蓄电池单体，其中，第一电阻(208)和第二电阻(210)具有相同的值。
7.按照权利要求1至5之一所述的蓄电池布置系统(100，200，300，400，500)，其特征在于，所述第一蓄电池单体单元(203)包括n个串联的蓄电池单体，并且第二蓄电池单体单元(205)包括m个串联的蓄电池单体，其中，第一电阻(208)的值与第二电阻(210)的值的商为n/m。
8.按照权利要求1至7之一所述的蓄电池布置系统(100，200，300，400，500)，其特征在于，蓄电池单体(102、104，202、204，302、304，404，504)的第一端子是带有负电位的端子，并且蓄电池单体(102、104，202、204，302、304，404，504)的第二端子是带有正电位的端子。
9.按照权利要求1至7之一所述的蓄电池布置系统(100，200，300，400，500)，其特征在于，蓄电池单体(102、104，202、204，302、304，404，504)的第一端子是带有正电位的端子，并且蓄电池单体(102、104，202、204，302、304，404，504)的第二端子是带有负电位的端子。
10.按照权利要求1至9之一所述的蓄电池布置系统(400)，其特征在于，设有第三差分放大器(406)和第三蓄电池单体单元(404)，该第三蓄电池单体单元与第二蓄电池单体单元(104)串联，其中，第三差分放大器(406)的同相端子与第二蓄电池单体单元(104)的第二端子连接，并且第三差分放大器(406)的反相端子经由第三电阻(408)而与第二蓄电池单体单元(104)的第一端子连接并且经由第四电阻(410)而与第三蓄电池单体单元(404)的第二端子连接，并且第三差分放大器(406)的输出端与第三蓄电池单体单元(404)的第二端子连接。
11.按照权利要求1至9之一所述的蓄电池布置系统(500)，其特征在于，设有第四差分放大器(506)和第四蓄电池单体单元(504)，该第四蓄电池单体单元与第二蓄电池单体单元(104)串联，其中，第四差分放大器(506)的同相端子与第一蓄电池单体单元(102)的第二端子连接，并且第四差分放大器(506)的反相端子经由第五电阻(508)而与第一蓄电池单体单元(102)的第一端子连接并且经由第六电阻(510)而与第四蓄电池单体单元(504)的第二端子连接，并且第四差分放大器(506)的输出端与第四蓄电池单体单元(504)的第二端子连接。
12.电驱动装置，其包括电机和转换器，其中，该转换器与按照权利要求1至11之一所述的蓄电池布置系统连接。

说明书全文

具有改进的平衡的蓄 电池布置系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具有改进的平衡的蓄电池布置系统，该平衡平衡串联的各蓄电池单体的电压。

背景技术

[0002] 具有多个串联的电池单体的蓄电池布置系统的容量基本上由最差的电池单体的特性确定。借助于平衡装置，各个电池单体的荷电状态可以在一个由多个串联的蓄电池单体组成的支路中得到平衡。由此，可以增加蓄电池布置系统的实际可用的容量。

[0003] DE 10 2013 021 535 A1公开一种电感的平衡电路。

[0004] 在现有技术的用于机动车的电驱动装置中，通过并联的调节电路平衡电串联连接的蓄电池单体。在此，可以单独地监测和平衡每个蓄电池单体和/或每个蓄电池模块。通常，将直流/直流变换器用作调节电路。这样的电路是耗费的并且会产生损耗，这减少实际可用的容量。

发明内容

[0005] 本发明提出的任务在于，创造一种具有改进的平衡的蓄电池布置系统。

[0006] 本发明的任务通过按照权利要求1的蓄电池布置系统和通过按照权利要求12的用于机动车的电驱动装置解决。从属权利要求要求保护优选的实施方式。

[0007] 按照本发明的蓄电池布置系统包括：多个串联的蓄电池单体，所述蓄电池单体分别具有一个第一端子和一个第二端子；和多个差分放大器，所述差分放大器分别具有一个反相输入端、一个同相输入端和一个输出端，在该输出端上施加在该反相输入端上的信号与在该同相输入端上的信号之间的差。所述多个差分放大器中的一个差分放大器的同相输入端与所述多个蓄电池单体的第一蓄电池单体单元的第二端子耦联，并且与所述多个蓄电池单体的第二蓄电池单体单元的第一端子耦联。所述多个差分放大器中的所述一个差分放大器的反相输入端经由第一电阻而与所述多个蓄电池单体的第一蓄电池单体单元的第一端子连接，并且经由第二电阻而与所述多个蓄电池单体的第二蓄电池单体单元的第二端子连接。所述差分放大器的输出端与第二蓄电池单体单元的第二端子连接。

[0008] 根据本发明，通过如下方式均衡(Abgleichen)在串联电路中的要平衡的各蓄电池单体，即，将相应相邻的蓄电池单体或其他的蓄电池单体用作参考电压源。这能实现：将蓄电池单体与包括上述差分放大器的平衡电路可以任意地级联。

[0009] 差分放大器可以是运算放大器。差分放大器的或运算放大器的构造和功能性对于本领域专业人员是已知的。

[0010] 第一蓄电池单体单元可以包括唯一一个蓄电池单体。

[0011] 第二蓄电池单体单元可以包括多个串联的蓄电池单体。在这种情况下，第一蓄电池单体或者蓄电池单体单元作为参考电池单体起作用，以便适配或者说平衡第二蓄电池单体单元的电压。

[0012] 在另一种实施方式中，第二蓄电池单体单元可以包括唯一一个蓄电池单体。如果第一蓄电池单体单元包括唯一一个蓄电池单体并且第二蓄电池单体单元包括唯一一个蓄电池单体，则每个单独的蓄电池单体与相应相邻的蓄电池单体平衡。由此，各蓄电池单体的整个串联电路可以平衡。在这种情况下，第一电阻和第二电阻具有相同的值。

[0013] 在另一种实施方式中，第一蓄电池单体单元和第二蓄电池单体单元可以具有相同数量的串联的蓄电池单体。在该实施方式中，第一电阻和第二电阻具有相同的值。

[0014] 又在另一种实施方式中，第一蓄电池单体单元可以包括n个串联的蓄电池单体。第二蓄电池单体单元可以包括m个串联的蓄电池单体。第一电阻值与第二电阻值的商为n/m。

[0015] 蓄电池单体的第一端子可以是带有负电位的端子，并且蓄电池单体的第二端子可以是带有正电位的端子。在该实施方式中，差分放大器由于其布线而具有为2的增益。

[0016] 在另一种实施方式中，蓄电池单体的第一端子可以是带有正电位的端子，并且蓄电池单体的第二端子可以是带有负电位的端子。在该实施方式中，差分放大器由于其布线而具有为-1的增益。

[0017] 在另一种实施方式中，蓄电池布置系统可以具有第三差分放大器和第三蓄电池单体单元，该第三蓄电池单体单元与第二蓄电池单体单元串联。第三差分放大器的同相端子可以与第二蓄电池单体单元的第二端子连接。第三差分放大器的反相端子可以经由第三电阻而与第二蓄电池单体单元的第一端子连接并且经由第四电阻而与第三蓄电池单体单元的第二端子连接。第三差分放大器的输出端可以与第三蓄电池单体单元的第二端子连接。因此，形成平衡电路的级联，该级联确保平衡多个串联的蓄电池单体的整个支路。

[0018] 又在另一种实施方式中，蓄电池布置系统可以具有第四差分放大器和第四蓄电池单体单元，该第四蓄电池单体单元与第二蓄电池单体单元串联。第四差分放大器的同相端子可以与第一蓄电池单体单元的第二端子连接。第四差分放大器的反相端子可以经由第五电阻而与第一蓄电池单体单元的第一端子连接并且经由第六电阻而与第四蓄电池单体单元的第二端子连接。第四差分放大器的输出端可以与第四蓄电池单体单元的第二端子连接。

[0019] 本发明还涉及一种电驱动装置，其包括电机和转换器，其中，该转换器与上述蓄电池布置系统连接。驱动装置可以是用于车辆的驱动器。电驱动装置的原理对于本领域技术人员是已知的，并且在这里无须进一步阐明。附图说明

[0020] 现在参考附图更详细地描述本发明，所述附图示出本发明的非限制性的实施方式，其中：

[0021] 图1示出本发明的第一实施方式；

[0022] 图2示出本发明的第二实施方式；

[0023] 图3示出本发明的第三实施方式；

[0024] 图4示出一种平衡电路的级联型电路连接；和

[0025] 图5示出一种平衡的支路的一部分，在该线路中蓄电池单体作为参考电池单体工作。

具体实施方式

[0026] 图1示出本发明的第一实施方式。第一蓄电池单体102与第二蓄电池单体104串联。运算放大器106的输出端与第二蓄电池单体102的负极连接。运算放大器106的同相输入端与第一蓄电池单体102的负极连接。运算放大器106的反相输入端经由第一电阻108而与第一蓄电池单体102的正极耦联。运算放大器106的反相输入端经由第二电阻110而与运算放大器106的输出端耦联或者说与第二蓄电池单体104的负极耦联。第一蓄电池单体202形成第一蓄电池单体单元，并且第二蓄电池单体204形成第二蓄电池单体单元。

[0027] 在该实施方式中，运算放大器106由于其布线而具有为-1的增益。第一电阻108的值和第二电阻110的值在该实施方式中是相同的。

[0028] 通过运算放大器106及其布线实现，在第一蓄电池布置系统102的和第二蓄电池布置系统104的端子上施加相同的电位。因此，第一蓄电池单体102和第二蓄电池单体104彼此平衡。如在开头提到的那样，通过该平衡实现，蓄电池单体102、104中的更高比例的电荷可供连接在所述蓄电池单体上的用电器使用。

[0029] 图2示出本发明的第二实施方式。第一组203蓄电池单体102、202与第二组205蓄电池单体104、204串联。在每组203、205蓄电池单体中串联有多个蓄电池单体。第一组203形成第一蓄电池单体单元并且第二组205形成第二蓄电池单体单元。

[0030] 运算放大器106的输出端与第二蓄电池单体104的负极连接，该第二蓄电池单体是第二组205的一部分。运算放大器106的同相输入端与第三蓄电池单体202的负极连接，该第三蓄电池单体是第一组203蓄电池单体的一部分。运算放大器106的反相输入端经由第一电阻208与第一蓄电池单体102的正极耦联。此外，运算放大器106的反相输入端经由第二电阻210与运算放大器106的输出端和第二蓄电池单体104的负极耦联，该第二蓄电池单体是第二组205的一部分。

[0031] 第一组203串联的蓄电池单体102、202可以具有n个串联的蓄电池单体102、202，其中，第一蓄电池单体102是串联电路的第一个蓄电池单体并且第三蓄电池单体202是串联电路(第一组)203的最后一个蓄电池单体。n是自然数(不包括零)。第二组205串联的蓄电池单体104、204可以具有m个串联的蓄电池单体104、204，其中，第二蓄电池单体104是串联电路的第一个蓄电池单体并且第四蓄电池单体204是串联电路(第二组)205的最后一个蓄电池单体。m是自然数(不包括零)。第一电阻208与第二电阻210的商是n/m。因此，运算放大器106由于其布线而作为电压放大器或者说电压转换器工作。运算放大器106使由蓄电池单体102、202组成的第一串联电路203的电压与蓄电池单体104、204的第二串联电路205的电压彼此均衡。

[0032] 当两个组203、205具有相同的电压时，第一电阻208和第二电阻210具有相同的值。在所有其他情况下，根据各组203、205的电压的电压比、例如基于蓄电池单体的数量来选择第一电阻208与第二电阻210的商。组例如可以是(多个)蓄电池单体的模块。

[0033] 参考示出本发明的第三实施方式的图3。该实施方式基本上与第一实施方式互补。第一蓄电池单体302与第二蓄电池单体304串联。运算放大器106的输出端与第二蓄电池单体304的正极耦联。运算放大器106的同相输入端与第一蓄电池单体202的正极连接。运算放大器106的反相输入端经由第一电阻308而与第一蓄电池单体302的负极耦联。运算放大器
106的负极经由第二电阻310而与运算放大器106的输出端连接并且与蓄电池单体304的正极连接。

[0034] 在第三实施方式中，运算放大器106由于其布线而作为增益因子为2的电压放大器工作。不言而喻地，在该实施方式中第一蓄电池单体302和/或第二蓄电池单体304可以被一个串联电路替代，该串联电路具有多个蓄电池单体，如参考图2的实施方式所描述的那样。此外，串联的蓄电池单体的和/或蓄电池单体组的或者说蓄电池单体单元的支路可以完全地平衡，当该支路的全部蓄电池单体如参考图4和5更详细描述的那样地连接时，所述图4和
5示出前述实施方式的变型方案，其中，简明扼要地仅描述与前述实施方式的区别。

[0035] 图4示出蓄电池布置系统400的实施方式，该蓄电池布置系统具有第三差分放大器406和第三蓄电池单体404，该第三蓄电池单体与第二蓄电池单体104串联。第三差分放大器
406的同相端子与第二蓄电池单体104的第二端子连接。第三差分放大器406的反相端子经由第三电阻408而与第二蓄电池单体104的第一端子连接，并且经由第四电阻410而与第三蓄电池单体404的第二端子连接。第三差分放大器406的输出端与第三蓄电池单体404的第二端子连接。在该实施方式中，实现在级联的意义中平衡各蓄电池单体的电压。不言而喻地，在该实施方式中每个蓄电池单体都可以被一个具有多个蓄电池单体的蓄电池单体单元替代，并且各电阻值可以根据各蓄电池单体单元的电压适配。

[0036] 图5示出蓄电池布置系统500的另一种实施方式，该蓄电池布置系统具有第四差分放大器506和第四蓄电池单体单元504，该第四蓄电池单体单元与第二蓄电池单体104串联。第四差分放大器506的同相端子与第一蓄电池单体单元102的第二端子连接。第四差分放大器506的反相端子经由第五电阻508而与第一蓄电池单体单元102的第一端子连接，并且经由第六电阻510而与第四蓄电池单体单元504的第二端子连接。第四差分放大器506的输出端与第四蓄电池单体单元504的第二端子连接。在该实施方式中，第一蓄电池单体102作为参考电池单体起作用，将其他蓄电池单体105、504的电压平衡至该参考电池单体的电压。不言而喻地，在该实施方式中每个蓄电池单体也可以被一个具有多个蓄电池单体的蓄电池单体单元替代，并且各电阻值也可以根据各蓄电池单体单元的电压适配。

[0037] 这样描述按照图4和图5的实施方式，即，蓄电池单体的第一端子是负极并且第二端子是正极。如图1所示，蓄电池单体的第一端子可以是正极并且第二端子可以是负极。

[0038] 在全部实施方式中这样示出差分放大器，即，借助划成虚线的线给这些差分放大器的电源电压馈电。这样的差分放大器或者说运算放大器可以是所谓的轨到轨运算放大器，所述轨到轨运算放大器即使在输入信号与电源电压一样大的情况下也可以作为运算放大器工作。不言而喻地，不同于电源电压的任意其他的电压都可以用于运算放大器，只要该电压高于在反相输入端和/或同相输入端上的电压。

[0039] 本发明具有如下优点：可以利用简单的手段平衡多个蓄电池单体的串联电路的蓄电池单体，以便增加蓄电池布置系统的实际可用容量。

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