用于電池組的開關裝置以及相應的開關方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于電池組的一種開關裝置。本發明另外還涉及用于對電池組的電池單元進行連接的一種方法。
【背景技術】
[0002]當前，直流電壓發生器上的電能存儲器以蓄電池(可充電電池組)的形式以不同的電路拓撲連接到一起。
[0003]DE 21 2008 000 035 Ul公開了一種高頻逆變器，其用于把由至少一個太陽能模塊所生成的直流電壓通過至少一個輸入DC/DC變換器、中間回路和輸出DC/AC變換器而變換為交流電壓，以給耗電器供電和/或饋入到供電網中。在此該輸入DC/DC變換器與控制裝置相連。
[0004]US 2004/0125618 Al公開了一種變流器系統，其把不同類型的電流源相互連接，并提供所定義類型的電能、例如供應給負載的標準電網電壓。每個電流源都與負載相隔離，并且還相互隔離。每個電流源都與相應的輸入變換器相連。
【發明內容】
[0005]本發明提供了用于電池組的一種開關裝置，其具有:
-控制裝置；以及
-開關；其中借助由該控制裝置所操控的開關可以把電池組的電池單元可變地相互連接，使得電池組的端子電壓基本與電池單元的充電狀態無關。
[0006]另一方面，本發明還提供了用于把電池組的電池單元相連接的一種方法，其具有以下的步驟:
-確定電池單元的充電狀態；以及
-借助開關把電池單元連接，使得電池組的端子電壓基本與電池單元的充電狀態無關。
[0007]優選的改進是從屬權利要求的主題。
[0008]本發明的優點
本發明所基于的理念是，具有可充電電池單元的電池組的端子電壓應該基本與電池單元的充電狀態無關。通過根據本發明的對電池單元的連接，電池組可以更好地連接到直流電壓發生器的逆變器上。電池組的恒定的端子電壓尤其有利于逆變器的中間回路電壓的恒定。從而電池組的逆變器可以有利地被功率優化地設計，例如可以使逆變器的電壓波動幅度更小。從而可以有利地使直流電壓發生器的逆變器損耗更小，并成本低廉地被制造。
[0009]該開關裝置的一個有利的改進方案規定，為了確定充電狀態而確定電池組的每個單獨電池單元的電壓。通過對電壓的這種直接測量，可以有利地防止功率低的電池單元完全放電而不利地影響壽命。另外，通過把所有電池單元放電到最低充電狀態，能夠利用電池組的更大容量。
[0010]該開關裝置的一個優選實施方式規定，具有至少一個電池單元的電池單元模塊被相互連接。從而可以有利地采用一種簡化的開關機制，因為電池單元模塊的數量通常小于電池單元的數量。
[0011]該開關裝置的一個有利的改進方案規定，可以借助開關把定義數量的電池單元相串聯和/或相并聯。從而能夠有利地產生非常靈活的開關結構或電池單元的開關復合體，由此能夠非常精細地調節電池組的對外有效的端子電壓。
[0012]該開關裝置的一個有利的改進方案規定，通過所述連接而把電池組的端子電壓與直流電壓發生器的逆變器的中間回路電壓相匹配。從而該電池組與該逆變器的最佳工作范圍相匹配，由此該電池組的電變換器必然有利地實現更小的電壓波動幅度，并從而能夠被設計得功率更低。
[0013]該開關裝置的一個有利的實施方式規定，該開關裝置設置在該電池組中。從而有利地提高了裝備有本發明開關裝置的電池組的應用多樣性。
[0014]本發明方法的一個優選實施方式規定，對于電池單元的連接頻率和/或電池單元的開關復合體的形成考慮每個單獨的電池單元的充電狀態。從而有利地使得電池單元相平衡。
[0015]該方法的一個優選實施方式規定，確定每個單獨的電池單元的電壓或者具有多個電池單元的電池單元模塊的電壓。從而一方面實施電池單元電壓的直接測量，由此確定了各個電池單元的品質。替換地在具有多個電池單元的電池單元模塊上實施模塊測量，其中分別測量電池單元的開關復合體的電壓。在此，通過形成模塊電壓的差可以推斷各個電池單元的充電狀態。
[0016]該方法的一個優選實施方式規定，在所述連接期間，電池單元被周期地從開關復合體中去除以及接入到開關復合體中。從而借助環式更換來支持電池單元的充電和放電的規律性，因為不會有電池單元在較長的時間段內被完全排除出充電/放電過程。這樣有利于電池單元保持相同的充電狀態，并從而延長電池單元的壽命。
[0017]該方法的一個優選實施方式規定，根據電池單元的充電狀態來進行該電池單元從開關復合體中的去除。這有利地進一步降低了電池單元充電狀態的分布不均。
[0018]該方法的一個有利的改進方案推薦，電池單元連接的變化頻率與在該開關復合體內部電流的大小有關。從而有利地考慮了如下的情況，即電池單元的充電狀態的變化與充電電流的電流強度有關。從而能夠單獨地考慮各個電池單元的充電狀態。
[0019]該方法的一個有利的改進方案規定，總是把定義數量的電池單元保持從開關復合體中去除，其中被去除的電池單元被周期地更換。從而實現了分別把定義數量的電池單元設置于開關復合體中，由此與周期地更換被去除的電池單元相結合，有利地支持電池單元具有相同的充電狀態。
[0020]該方法的一個優選實施方式規定，電池單元的充電/放電電流越大，那么就越快速地實施電池單元的周期更換。從而有利地考慮了如下的情況，即電池單元的不均衡很大程度上與電流強度相關。從而這樣就可以反作用于電池單元的不均衡。
[0021]該方法的一個優選實施方式規定，該電池單元被連接為，使得開關復合體的電池單元包含有盡可能大數量的電池單元。從而有利地把最大數量的電池單元納入到開關復合體中，由此使得最大數量的電池單元參與到充電/放電過程中。從而有利地支持電池單元具有相同的充電狀態。
【附圖說明】
[0022]本發明的其他特征和優點在下文中參照附圖借助實施方式來加以解釋。在此所述的或所示的所有特征都單獨地或以任意組合而構成了本發明的主題，而與其在權利要求或對其引用中的概述無關，以及與其在說明或附圖中的形式或顯示無關。附圖首先考慮的是闡明本發明的主要原理。附圖中相同的符號表示相同或功能相同的元件。
[0023]其中:
圖1a示出了按照當前技術的具有直流電壓發生器和電池組的一種配置；
圖1b示出了按照當前技術的具有直流電壓發生器和電池組的另一種配置；
圖2示出了根據本發明的一種開關裝置的一個實施方式；
圖3a示出了根據本發明的電池組的電池單元的開關復合體的一種配置；
圖3b示出了根據本發明的電池組的電池單元的開關復合體的另一種配置；
圖4示出了一種直流電壓生成系統的一種配置，在該直流電壓生成系統中使用了根據本發明的開關裝置。
【具體實施方式】
[0024]圖1a是一種常規系統的極其簡化的原理圖示，該系統具有直流電壓發生器4和可再充電的電池組2。該直流電壓發生器4例如可以作為具有多個板的光伏設備來構造，其中這些板生成直流電壓并將該直流電壓饋入逆變器5中來進行變換。該逆變器5內部具有DC/DC變換器5a (直流電壓變換器)和AC/DC變換器5b (直流電壓/交流電壓變換器)，其中在該DC/DC變換器5a與該AC/DC變換器5b之間設置有中間回路6。該逆變器5的輸出電壓饋入電網8 (例如家庭的交流電網)和/或給耗電器供電。
[0025]另外在該系統中電池組2還設置有可再充電的電池單元(未示出)，該電池組把直流電壓饋入逆變器5，其中該逆變器5的輸出電壓同樣饋入該電網8和/或給耗電器供電。該電池組2的逆變器5包含有雙向(能在兩個方向上流過電流)AC/DC變換器5b和DC/DC變換器5a，以調節該電池組2的瞬時所需的充電或放電電壓。
[0026]在按照圖1b的替換常規配置中，該電池組2通過DC/DC變換器5a直接與該直流電壓發生器4的逆變器5的中間回路5相連。這樣相對于圖1a的配置就少需要一個變換器。
[0027]因為該電池組2的端子電壓Uk按照電池組技術而與該電池組2的各個電池單元的充電狀態密切相關，所以該DC/DC變換器5a在某些情況下必須實現高的電壓波動幅度，以給該逆變器5的中間回路6提供所需的電壓等級。從而為了能夠在工作范圍上對該電池組2的DC/DC變換器5a關于電路耗費和效率來進行優化設計，期望在該電池組2 —側具有盡可能恒定的輸入和輸出電壓。
[0028]因此根據本發明而規定，提供一種開關裝置或一種開關機制，其借助該電池組2電池單元的變化的、動態的連接來提供該電池組2的盡可能恒定的端子電壓。
[0029]圖2示出了根據本發明的開關裝置的第一實施方式。該開關裝置10包含有控制裝置I (例如微控制器)，其中借助該控制裝置能夠操控和操作多個開關S (例如電子開關)。借助該開關S和該控制裝置I可以把電池單元Z可變地相互連接，使得該電池組2的端子電壓Uk基本與電池單元Z的充電狀態無關。
[0030]已知的是，可再充電電池組電池單元的電壓與其當前的充電狀態強烈相關。例如鋰離子電池單元的電池單元電壓在放電狀態下約為2.5V，在充電狀態下約為4.2V。從而多個連接的電池單元Z的總電壓不利地與各個電池單元Z的充電狀態高度相關。
[0031]為了反作用于這種情況，借助開關S來構造電池單元Z的一種開關結構或一種開關復合體7，并按照當前的需要來進行匹配，使得該電池組2的端子電壓Uk盡可能恒定。為此而確定各個電池單元Z的充電狀態。例如這可以借助確定裝置(未示出)來進行，其中確定各個電池單元Z的電壓或具有多個電池單元Z的電池單元模塊3的電壓。例如在圖2中僅示例性示出了兩個電池單元模塊3。從而針對根據本發明的連接可以考慮每個單獨的電池單元Z的單獨充電狀態。電池單元模塊3在極端情況下可以由各個電池單元Z組成。另一極端情況是測量總電壓并單單利用該信息來進行重新連接。
[0032]電池單元模塊3以不同的方式被相互并聯或串聯，以從而使該電池組2的端子電壓Uk盡可能接近該DC/DC變換器5a的最佳工作點，或保持于該DC/DC變換器5a的預定