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CN118435486A - 用于对电池充电的方法、电池及其用途 - Google Patents

用于对电池充电的方法、电池及其用途 Download PDF

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CN118435486A CN202280083078.7A CN202280083078A CN118435486A CN 118435486 A CN118435486 A CN 118435486A CN 202280083078 A CN202280083078 A CN 202280083078A CN 118435486 A CN118435486 A CN 118435486A
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Abstract

本发明描述了一种用于对具有多个电池单池(101、102、103、104)的电池(10)充电的方法，其中，多个电池单池(101、102、103、104)彼此串联电连接。在此，至少两个电池单池(101、102)的相应的充电过程在不同时间点开始。

Description

用于对电池充电的方法、电池及其用途
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的用于对电池充电的方法、电池及其用途。
背景技术
为了实现电动交通，将可再充电电池用于多次地将化学能转化为电能。锂离子电池由于其相对较大的能量密度、其良好的热稳定性及其较低的自放电而特别适合于此。
为了给这种锂离子电池充电，通常使用通过整流器提供的直流电压。在此，在整流器中会产生电损耗。此外，通过整流器还会造成较高的制造成本。
由文献JP 2001178013 A已知一种用于电池的充电方法，其中，使用包括整流器的电子电路。
此外，由文献US20190173304 A1已知一种用于电池的充电装置，该充电装置设计用于生成脉宽调制信号。
发明内容
本发明公开了一种具有独立权利要求的特征部分特征的用于对具有多个电池单池的电池充电的方法。
在根据本发明的方法中，至少两个电池单池的相应的充电过程在不同时间点开始。在此，多个电池单池彼此串联电连接。
串联连接设置的是，相同的充电电流流动通过多个电池单池。根据本发明的方法提供的优点是，尽管串联连接，仍对各个电池单池在时间上彼此独立地充电。由此，以有利的方式避免对相关电池单池的过度充电。此外，借助于根据本发明的方法，在考虑到充电电压的情况下调节电池的端电压。
本发明的其它有利实施方式是从属权利要求的主题。
有利的是，至少两个电池单池分别设计有操控电路。
这种措施提供的优点是，以简单的方式避免相关电池单池的过度充电。同样地，能够对这些电池单池均匀地充电，因此，每个电池单池获得几乎相同的充电状态，与相应的电池单池的老化情况无关。
此外有利的是，至少两个电池单池中的至少一个电池单池与另外的电池单池并联电连接。
此外有利的是，交流电压源和电池之间的桥式整流器电路如此设计，使得来自交流电压源的交流电压转化为直流电压作为用于电池的充电电压。在此，充电电压的符号在电池的充电过程中保持不变，而充电电压的值发生周期性变化。在此有利的是，该值发生周期性连续变化。
通过这种方式用直流电压对电池进行充电，该直流电压借助于桥式整流器电路在无需另外的滤波器和转换器、例如DC/DC转换器或逆变器的情况下由交流电压源的交流电压转化而来。
此外有利的是，桥式整流器电路进一步如此断开，使得充电电压在充电过程期间仅具有正电压值。
由于只能用大于0V的充电电压对相关电池进行充电，所以通过这种方式确保了在整个充电过程中对电池持续不断地充电。
此外有利的是，根据充电电压借助相应的操控电路相继地接通或断开至少两个电池单池。
特别有利的是，借助于相应的操控电路使接通的电池单池的数量随着充电电压值的升高而增加并且随着充电电压值的降低而减少。
通过增加接通的电池单池的数量或通过减少接通的电池单池的数量，使电池的端电压增大或减小，因为该端电压由各个电池单池电压的总和形成。例如，每个电池单池电压具有预先确定的电压值，使得端电压具有随着接通的电池单池的数量增加而递增的变化曲线，并且具有随着接通的电池单池的数量减少而相反递增的变化曲线。因此，充电电压与端电压之间的差保持几乎恒定。
此外有利的是，借助于相应的操控电路根据充电电压值来调节各个电池单池的接通时间。
如果电池单池较久地接通，它的电池单池电压则会变大。端电压的变化曲线通过这种方式再现(nachbilden)充电电压的变化曲线。
此外有利的是，对接通的电池单池的数量如此进行调节，使得恒定的直流电流流动通过电池。作为替代方案或补充方案，对接通的电池单池的接通时间如此进行调节，使得恒定的直流电流流动通过电池。
这种措施提供的优点是，能够在没有整流器的情况下直接用交流电压的半波对电池进行充电。
特别有利的是，当充电电压值低于预先确定的最小值时，借助于电能存储装置来增加充电电压值，使得恒定的直流电流在充电过程期间在任何时间点流动通过电池。在此，电能存储装置例如能够是存储电容器。
由于在充电电压的零点处没有充电电流能够流动通过电池，因此借助于电能存储装置来实现充电电压的轻微升高。由此，即使在充电电压的低点也会有恒定的直流电流流动通过相关电池。这又使得不需要干扰滤波器，因为恒定的电流不会感应引起变化的磁场，并且因此干扰波辐射最小。
根据本发明的另一方面，提供一种电池，所述电池包括彼此串联电连接的多个电池单池。在此，设置至少一个操控电路以用于执行所公开的方法。
因此有利的是，附加设置电能存储装置以用于执行所公开的方法。
此外有利的是，如此确定多个电池单池的数量，使得在至少一个电池单池失灵时补偿端电压差。
根据本发明的电池能够有利地用在电动车辆或固定的电能存储装置以及电动自行车中。
附图说明
在附图中示出本发明的有利实施方式并且在下面的附图描述中对其进行详细阐述。其中：
图1a示出了在根据本发明的用于对电池充电的方法的第一时间点的电池电路图；
图1b示出了在根据本发明的用于对电池充电的方法的第二时间点的电池电路图；
图2示出了用于执行根据本发明的用于对电池充电的方法的电池管理系统的电路图；
图3a-3e示出了电池充电过程中的示例性电压变化曲线。
具体实施方式
图1a示出了电池10在根据本发明的用于对电池10充电的方法的第一时间点的电路图。在此，电池10包括例如第一电池单池101、第二电池单池102、第三电池单池103和第四电池单池104。根据电池10的待达到的端电压，能够连接任意多个电池单池。有利地，连接比对于实现电池的端电压所必要的更多的电池单池。因此，在电池单池失灵时能够补偿电池10缺失的端电压差。在此，第一电池单池101例如与第一电开关111串联电连接并且与第二电开关121并联电连接。与第一电池单池102相类似，第二电池单池102例如与第三电开关112串联电连接并且与第四电开关122并联电连接，第三电池单池103例如与第五电开关113串联电连接并且与第六电开关123并联电连接，第四电池单池104例如与第七电开关114串联电连接并且与第八电开关124并联电连接。
在第一时间点，例如第一电开关111断开，而第二电开关121接通。因此，充电电流通过第二电开关121流向第二电池单池102，而不是通过第一电池单池101。与之相对地，通过接通第三电开关、第五电开关和第七电开关112、113、114，充电电流流动通过第二电池单池、第三电池单池、第四电池单池102、103、104。同时，第四电开关、第六电开关和第八电开关122、123、124断开。
在第一时间点，电池10的端电压U1由第二电开关121处的、第二电池单池102处的、第三电池单池103处的和第四电池单池104处的电压总和形成。
图1b示出了电池10在根据本发明的用于对电池10充电的方法的第二时间点的电路图。相同的附图标记表示与图1a中相同的构件部件。
第二时间点例如发生在第一时间点之后。在此，第二时间点的充电电压值大于第一时间点的充电电压值。根据图1b的电池10与根据图1a的电池10的不同之处在于，第二电开关121断开，而第一电开关111接通。这导致充电电流通过第一电池单池101流到第二电池单池102。在第二时间点，电池10的端电压U2由第一电池单池101处的、第二电池单池102处的、第三电池单池103处的和第四电池单池104处的电压产生。电池10在第二时间点的端电压U2的值例如大于电池10在第一时间点的端电压U1的值。原因在于，第一电池单池101具有比第二电开关121更大的电阻。因此，第一电池单池101在第二时间点被充电并且充电电流减小。由此，充电电压的半波的电压值与电池10的端电压U2之间的差以第一电池单池101的端电压为幅度减小。
在图2中示意性示出了具有根据图1a和图1b的电池10的电池管理系统20的电路图。相同的附图标记表示与图1a和图1b中相同的构件部件。
电池管理系统20例如通过连接单元23与交流电压源12电耦合。连接单元23在这里例如是用于电动车辆的充电线缆。例如，从交流电压源12获取交流电压US，该交流电压借助于电池管理系统20的桥式整流器电路25转换为直流电压U0。在此，例如存储电容器作为电池管理系统20的组成部分与桥式整流器电路25并联连接，该存储电容器例如用于在直流电压U0具有零点时向电池10供应电压。电池管理系统20还包括电开关27，该电开关例如在电池10的各个电池单池充满电或电池要用于给负载供电时用于将电池10与交流电压源12电隔离。
电池管理系统20能够例如通过另外的电池进行扩展，该另外的电池包括多个电池单池并且如此设计，使得交流电压US的负半波流动通过多个电池单池，因而不需要桥式整流器电路并且不需要存储电容器。
图3a中示出了根据图1a和图1b的电池10的充电过程中的交流电压变化曲线的示例性图表。
例如来自变压器的交流电压US具有正弦形变化曲线。该正弦形变化曲线的第一半部具有正电压值，而该正弦形变化曲线的第二半部具有负电压值。
图3b中示出了根据图1a和图1b的电池10的充电过程中的第一直流电压变化曲线的示例性图表。
根据图3b的直流电压变化曲线与根据图3a的交流电压变化曲线的不同之处在于，直流电压U0的符号在电池10的充电过程中保持不变。
图3c中示出了根据图1a和图1b的电池10的充电过程中的第一端电压变化曲线的示例性图表。
根据图3c，电池10的端电压U1,1具有阶梯形变化曲线。如果在考虑到充电电压值的增加或减小的情况下调节电池10的待接通或待断开的电池单池101、102、103、104的数量，则产生如图3c中的端电压U1,1的阶梯形变化曲线，因为通过增加所连接的电池单池的数量增加了电池10的端电压U1,1，其中，该端电压U1,1由各个电池单池电压的总和形成。每个电池单池电压例如具有预先确定的电压值，使得随着连接的电池单池数量的增加，端电压U1,1具有阶梯形变化曲线。与之对应地，在所连接的电池单池数量减少时，端电压U1,1具有相反的另外的阶梯形变化曲线。
图3d中示出了根据图1a和图1b的电池10的充电过程中的第二端电压变化曲线的示例性图表。
作为图3c的补充，在考虑到例如充电电压值增加的情况下调节待接通的电池单池101、102、103、104的接通时间，使得电池10的端电压U1,2像直流电压那样具有正弦变化曲线。在此，电池10的端电压值在电池10的充电过程的任何时间点都例如小于充电电压值。此外，电池10的充电电压值与端电压值之间的差在电池10的充电过程的任何时间点都是例如恒定的。
图3e中示出了根据图1a和图1b的电池10的充电过程中的第二直流电压变化曲线的示例性图表。
根据图3e的第二直流电压变化曲线与根据图3b的第一直流电压变化曲线的不同之处在于，第二直流电压U3不具有零点。由于作为充电电压的第二直流电压U3不具有零点，因此充电电流在电池10的整个充电过程中流动通过电池10。这在电池10由例如天然气发电机那样的独立于电网的电源供电的情况下是尤其有利的。
电池10能够有利地在机动车辆或固定的电能存储装置以及电动自行车中使用。

Claims (14)

1.一种用于对具有多个电池单池(101、102、103、104)的电池(10)充电的方法，
其中，所述多个电池单池(101、102、103、104)彼此串联电连接，
其特征在于，
至少两个电池单池(101、102)的相应的充电过程在不同的时间点开始。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
至少两个电池单池(101、102)分别设计有操控电路(111、121、112、122)。
3.根据前述权利要求1至2中任一项所述的方法，
其特征在于，
将至少两个电池单池(101、102)中的至少一个电池单池与另外的电池单池并联电连接。
4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于，
在交流电压源(12)与电池(10)之间的桥式整流器电路(25)如此设计，使得来自交流电压源(12)的交流电压(US)转化成直流电压(U0)作为用于所述电池(10)的充电电压，所述直流电压的符号在电池(10)充电过程中保持不变，而它的数值发生周期性地、尤其连续地变化。
5.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，
所述桥式整流器电路(25)进一步如此断开，使得充电电压(U3)在充电过程期间仅具有正电压值。
6.根据前述权利要求1至5中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述至少两个电池单池(101、102)借助于相应的操控电路(111、121、112、122)根据充电电压(U0、U3)相继地接通或断开。
7.根据权利要求6所述的方法，
其特征在于，
借助于相应的操控电路(111、121、112、122、113、123、114、124)使接通的电池单池(101、102、103、104)的数量随着充电电压值的增加而增多并且随着充电电压值的降低而减少。
8.根据权利要求6和7中任一项所述的方法，
其特征在于，
借助于相应的操控电路(111、121、112、122、113、123、114、124)根据充电电压值来调节各个电池单池(101、102、103、104)的接通时间。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，
其特征在于，
对接通的电池单池(101、102、103、104)的数量和/或接通时间如此进行调节，使得恒定的直流电流流动通过所述电池(10)。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的方法，
其特征在于，
当充电电压值低于预先确定的最小值时，借助于电能存储装置来增加所述充电电压值，使得恒定的直流电流在充电过程期间在任何时间点流动通过所述电池(10)。
11.一种电池，其包括多个电池单池(101、102、103、104)，其中，所述多个电池单池(101、102、103、104)彼此串联电连接，
其特征在于，
至少一个操控电路(111、121、112、122、113、123、114、124)设置用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
12.根据权利要求11所述的电池，
其特征在于，
附加地设置电能存储装置以用于执行根据权利要求10所述的方法。
13.根据权利要求11所述的电池，
其特征在于，
如此确定多个电池单池(101、102、103、104)的数量，使得在至少一个电池单池失灵的情况下补偿端电压差。
14.一种根据权利要求11至13中任一项所述的电池在电动车辆中或在固定的电能存储装置中以及在电动自行车中的用途。
CN202280083078.7A 2021-12-17 2022-12-19 用于对电池充电的方法、电池及其用途 Pending CN118435486A (zh)

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