储能器系统的制作方法
【专利摘要】一种系统包括具有预先确定的额定容量和预先确定的最大容量的可充电的电储能器以及用于控制所述储能器的充电过程的充电装置，其中，所述最大容量大于所述额定容量。在此，所述充电装置设置用于对所述储能器充电，直至在所述储能器中存储的能量的量相应于所述额定容量，然后确定充电结束。
【专利说明】
储能器系统
技术领域
[0001]本分明涉及一种储能器系统。本发明尤其涉及一种包括可充电的电储能器和用于储能器的充电装置的系统。
【背景技术】
[0002]手持式电动工具、例如蓄电池螺丝刀、手电或割草机从可充电电储能器中得到用于其运行所需的电能量。当电储能器耗尽时，储能器例如可以作为所谓的蓄电池组(Akkupack)从设备中被移除，以便能够实现无中断的工作。然后在充电装置上再次可以对卸空的储能器充电。也可以在手持式电动工具内进行充电。
[0003]希望的是，尽可能迅速地对电储能器充电，以便可以为在电动设备上的另外的应用供应电储能器。尤其当可以使用具有一个或多个相同构造的电储能器的多个电动设备时，尤其可能是关键紧要的是:可以迅速地对储能器再充电。除了经改善的负荷率、更简单的操作这些公开的优点之外，也还可以避免:较大数量电储能器必须等待在充电装置上的充电过程。
[0004]DE 38 34 003A1涉及用于对电池进行再充电的方法以及用于实施该方法的充电设备。
[0005]DE 102 54 226A1涉及可用作用于便携装置的功率供给的电池组。
[0006]本发明基于以下任务:提供用于对电储能器充电的经改善的技术。本发明借助具有独立权利要求的特征的系统解决所述任务。从属权利要求复述优选的实施方式。
【发明内容】
[0007]—种系统包括具有预先确定的额定容量和预先确定的最大容量的电储能器以及用于控制储能器的充电过程的充电装置，其中，最大容量大于额定容量。在此，充电装置设置用于对储能器充电，直至在所述储能器中存储的能量的量相应于额定容量，然后确定充电结束。
[0008]借助充电装置对储能器只充电到其最大容量的一小部分、即充电直至其额定容量。额定容量允许使用者估计电储能器的性能并且将该储能器与其他储能器进行比较。通过放弃对电储能器充电到最大容量，可以节省储能器的充电时间的显著份额。额定容量例如可以如此选择，使得在通常的充电方法中，所存储的电能量的增长在时间上线性延伸直至达到额定容量。如果接着对电储能器继续充电，直至在其中存储的电能量填满其最大容量，则所存储的能量与充电持续时间之间的关系就不是线性的，而是总体上对数的。通过将充电限于额定容量上，可以使充电时间缩短直至大于10%。
[0009]优选，充电装置设置用于在充电结束时结束储能器的充电过程。与此无关地可以向外部信令化充电结束，例如通过光信号或声音信号。通过在充电结束时结束充电过程可以确保:电储能器不可以提供大于其额定容量的电能量。由此可以保证电储能器的性能的可比性。
[0010]在一种实施方式中，充电装置设置用于以恒定电流对储能器充电，直至所述储能器的电压达到预先确定的阈值。这种充电方法也被称为恒定电流方法(constant current:恒定电流)。预先确定的阈值通常通过电储能器的结构型式确定并且通常是电储能器在充电直至最大容量时可以达到的所确定的最大电压。固定的一小部分例如可以是大约80%至90%。预先确定的电流可以基于储能器的最大容量来确定。直接在储能器的电压达到预先确定的阈值之后可以确定充电时间。
[0011]为此优选使用以下储能器:在所述储能器中，在所述储能器上存在的电压能够作为用于在所述储能器中存储的能量的量的尺度使用。这样的储能器例如可以包括镍金属氢化物电池(Nickelmetallhydrid)或锂离子蓄电池(Lithium-1onen-Akkus)。同样可以使用其他电池技术。
[0012]在另一种实施方式中，充电装置设置用于对储能器随后、即在借助恒定电流充电之后在预先确定的电压上再充电，直至流过储能器的电流下降到预先确定的值上。预先确定的值同样可以通过电储能器的结构型式预给定。这种充电策略也称为恒定电压充电(constant voItage:恒定电压)。与时间上在前的恒定电流方法组合，如上所述的那样，得到恒定电流-恒定电压方法(constant current，constant voltage: CCCV)。在此根据现有技术应注意，仅仅以如此程度实施恒定电压方法，正如直至达到额定容量所需要的那样。在直至达到最大容量的完整的CCCV方法中，在切换到恒定电压方法之前，典型地在充电时间的50%至70%上进行恒定电流充电。提出，如此选择额定容量，从而所述额定容量或者处于通常的CCCV方法中的恒定电流方法与恒定电压方法之间的切换点上或者处于切换点稍后。优选在整个充电时间的不大于5%至10%上使用恒定电压方法。
[0013]在恒定电压方法的使用中优选，流过所述储能器的电流能够作为用于在所述储能器中存储的能量的量的尺度使用。在通常的电储能器、例如镍金属氢化物类型或锂离子类型的情况下，所述关系是给定的。在恒定电压方法期间的充电电流越小，在电储能器中存储的能量的量就越接近于最大容量。
[0014]特别优选，最大容量比额定容量大最少10%。根据电储能器的类型和最大容量，例如可以根据CCCV方法在充电时间的大约50%至70%之后达到最大容量的90%。因此，通过在很大程度上放弃恒定电压方法，在额定容量相对于最大容量略微减少的情况下已经达到实质性的充电时间节省。
[0015]在一种进一步优选的实施方式中，所述充电装置与所述电储能器集成在能够单独地操作的单元中地实施。由此可以确保，不超过额定电容地对电储能器充电，从而可以确保电储能器的可操作性和可比性。
【附图说明】
[0016]现在参考附图更详细地描述本发明，其中:
[0017]图1示出具有电储能器和充电装置的系统；
[0018]图2示出在另一个实施方式中的根据图1的系统；
[0019]图3示出在快速充电中的电储能器的充电图；以及
[0020]图4示出在正常充电中的电储能器的充电图。
【具体实施方式】
[0021]图1示出具有电储能器105和充电装置110的系统100。储能器105可以与充电装置110可分离地或与其集成地实施。储能器105优选包括已知的蓄电池技术的多个同类电池，例如锂离子或金属氢化物。这类储能器105例如在标号“蓄电池组”下可获得。在此不详细研究储能器105的内部结构。
[0022]通常可以将充电装置110与外部能量源连接，外部能量源在此未示出。这些能量源例如可以包括电网或机动车的车载电网。充电装置110设置用于将电储能器105充电到额定容量，额定容量显著地小于储能器105的最大容量。最大容量在此说明，可以在储能器105中提供多少电能量而不在实质上损坏储能器105。额定容量是最大容量的仅仅一部分，例如最多是最大容量的90%并且还优选最多是最大容量的80%。
[0023]充电装置110可以设置用于实施不同充电方法之中的一种充电方法或者依次实施多种不同充电方法。在此充电装置确定，在储能器105中提供的电能量是否相应于额定容量或是否达到额定容量并且由此检测充电结束。在达到充电结束时，充电装置110可以借助接口 115输出信号，该信号表明充电结束。该信号例如可以是光学的和/或声学的。附加地或替代地，在达到充电结束时，结束储能器105的继续充电。为此，储能器105尤其可以在至少一个端子上与充电装置110的其他元件电分离。
[0024]在所示出的实施方式中，充电装置110设置用于实施恒定电流充电方法(constantcurrent，CC)。为此，充电装置110包括用于提供恒定电流的电流源120。恒定电流的大小尤其可以与储能器105的最大容量相关。恒定电流例如可以相应于储能器105的容量除以时间，从而可以以4A的恒定电流对具有4Ah的最大容量的储能器105充电。其他的恒定电流同样是可能的。
[0025]充电装置110还包括比较器125，比较器设置用于将在电储能器105的端子上存在的电压与预先确定的值相比较。储能器105的电压越高，在所述储能器中存储的电能量就越大。在达到预先确定的值时，在储能器105中存储的能量的量和其额定容量大小相同。在此，预先确定的值预先确定为阈值并且分配给储能器105。该值尤其可以包括储能器105的最大空载电压。通过储能器105的电压达到预先确定的值来确定充电结束，紧接着，如上所述，通过接口 115可以输出信号和/或可以调节储能器105的继续充电。可以向操作人员或处理装置发出该信号。
[0026]图2示出在另一种实施方式中的根据图1的系统100。在此，充电装置110设置用于代替上面参考图1描述的恒定电流方法地实施恒定电压方法(constant voltage，CV)。为此，充电装置110包括电压源205，该电压源是恒定电压源。电压源205的电压通常相应于当储能器被充电直到达到其最大容量时在储能器105上所调节的电压。为了确定充电结束，监视流过储能器105的电流，例如借助在接入(einschleifen)到储能器105的输送线路中的纵向电阻(shunt:分流器)210上的电压降。在储能器105中存储的能量的量越大，在储能器与恒定电压源205连接期间流过储能器的电流就越小。因此，一旦由比较器125监视的电压小于或等于预先确定的值，比较器125就确定充电结束。在达到充电结束时，可以再次实施上面参考图1描述的动作。
[0027]充电装置110也可以设置用于实施图1和2的两种充电方法。在此，优选，首先实施图1的恒定电流方法然后可选地还在短时间上实施根据图2的恒定电压方法。与所使用的充电策略无关地，充电装置110的目标是，当直到在电储能器中存储的能量的量相应于其额定容量时，不再对电储能器105充电。
[0028]在另一种实施方式中，在达到额定容量之后还可以继续对储能器105充电，最多直至达到其最大容量。
[0029]图3示出电储能器105在快速充电期间的示例性充电图，在水平方向上标出时间，单位是分钟;在竖直方向上标出电流、电压和容量。第一变化曲线305示出在储能器105上的电压，第二变化曲线310示出通过储能器105的电流并且第三变化曲线315示出储能器105的容量或在储能器105中提供的能量的量。图3的示例性示图涉及在充满电时具有3.3Ah的最大容量和4.2V的最大电压的储能器105。在第一阶段320中借助恒定电流方法(参考图1)对储能器105充电然后在第二阶段325中借助恒定电压方法(参考图2)对储能器105充电。在所述两个阶段320与325之间有切换时刻330。
[0030]储能器105的容量315在第一阶段320期间实际上线性地上升。在第二阶段325期间，上升反之越来越慢。因此，在所耗费的时间方面，在第一阶段320期间的充电比在第二阶段325期间的充电更有效。当电压305达到了预先确定的值、在本例中4.19V时，第一阶段320结束。在第二阶段325结束时，电压是4.2V。在切换时刻330在储能器105中提供的能量的量是大约3.0Ah。从完全卸空的储能器105出发，在45分钟充电时间后达到该值。大约18分钟之后达到最大容量3.3Ah。
[0031]提出，在时刻330或其之后不久选择充电结束。储能器105的额定容量在此在本例中为约3.0Ah。在另一种实施方式中，也可以实施所示出的CCCV方法，只要容量315的上升在时间上是线性的。在本例中，切换时刻330之后大约3分钟线性结束。
[0032]为了进行对比，图4示出电储能器105在正常充电中的充电图。在此从3.0Ah的最大容量和4A的充电电流出发。再次，在第一阶段320中借助恒定电流方法对储能器105充电并且在随后的第二阶段325期间借助恒定电压方法对储能器105充电。在时刻405进行最终关断并且不继续对储能器105充电，以便排除在其上的充电损坏。
【主权项】
1.一种系统(100)，其包括: 具有预先确定的额定容量和预先确定的最大容量的可充电的电储能器(105); 其中，所述最大容量大于所述额定容量； 用于控制所述储能器(105)的充电过程的充电装置(110); 其特征在于， 所述充电装置(110)设置用于对所述储能器(105)充电，直至在所述储能器中存储的能量的量相应于所述额定容量，然后确定充电结束。2.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述充电装置(110)设置用于在充电结束时结束所述储能器(105)的充电过程。3.根据权利要求1或2所述的系统(100)，其中，所述充电装置(110)设置用于以恒定电流对所述储能器(105)充电，直至所述储能器(105)的电压达到预先确定的阈值。4.根据权利要求2所述的系统(100)，其中，在所述储能器(105)上存在的电压能够作为用于在所述储能器中存储的能量的量的尺度使用。5.根据权利要求3或4中任一项所述的系统(100)，其中，所述充电装置(110)设置用于对所述储能器(105)随后在预先确定的电压上再充电，直至流过所述储能器(105)的电流下降到预先确定的值上。6.根据权利要求5所述的系统(100)，其中，所述电压相应于所述阈值。7.根据权利要求5或6中任一项所述的系统(100)，其中，流过所述储能器(105)的电流能够作为用于在所述储能器中存储的能量的量的尺度使用。8.根据以上权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，所述最大容量比所述额定容量大至少10%。9.根据以上权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，所述充电装置(110)与所述电储能器(105)集成在能够单独地操作的单元中地实施。
【文档编号】H01M10/46GK106058346SQ201610231542
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月14日 公开号201610231542.9, CN 106058346 A, CN 106058346A, CN 201610231542, CN-A-106058346, CN106058346 A, CN106058346A, CN201610231542, CN201610231542.9
【发明人】C·瑟尔哈格
【申请人】罗伯特·博世有限公司