专利名称：用于控制储能包的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于控制诸如电池包(battery pack)等的储能包(energy storage pack)的控制系统。本发明还涉及输送装置(feeding device)、设置有输送装置的蓄电池组(storage cell group)、供电模块、控制装置、用于控制储能包的方法以及电动车辆或船舶。
背景技术：
在很多技术应用中，对于不能使用诸如电网(power grid)等的外部电源的时刻或地点，需要为电气设备或机器提供电能。于是，期望将电能储存在可移动装置或便携式装置中或者储存在设备自身内，以供给适当的电力。一种已知的用于提供能量的方法是将能量储存在用于储能并且将所储能量作为电能进行供给的蓄电池中，诸如电容器、电感器或电池单元。在一些应用中，诸如对于将电能用作动力的电动车辆或船舶来说，期望储存非常大量的能量，其中可以将多个蓄电池互连以一起形成储能包。例如，多个电池单元可以串联连接，以供给较高的电压，也可以并联连接以保持较大的电流，或者可以以任意组合串联和并联的方式连接。在集合式的储能包中配置多个蓄电池的一个问题是，不同类型、不同质量或不同充电水平的蓄电池可能会彼此消极地影响。特别地，电池单元之间的小的制造差异可能足以损害储能包的功能。所以，当制造储能包时，必须对具有相似特性的电池单元进行大量的试验和分组。另一问题是，如果一个电池单元将耗尽或已耗尽而其它电池单元保持带电，则需要提前关掉储能包以防止耗尽的蓄电池被损坏。类似地，在储能包再充电期间，如果一个蓄电池比其它蓄电池早充满，则必须终止再充电否则可能损坏充满电的蓄电池。解决该问题的一个已知方法是，关闭分路至充满电的蓄电池的多余的再充电电流的部分或全部并且使能量消散在电阻元件中。然而，这导致大的电力损失。在专利文献US 6，771，045中示出的电力移动系统(power shuffling system)包括配置于互相连接的电池包中的各对相邻电池包之间的电力移动器。由此，可以在相邻的两个电池包之间移动电力，从而可以平衡这两个电池包的充电水平。然而，如果一个充电水平较高的电池包与充电水平较低的电池包相隔若干个电池包，则需要经由各中间电池包和其间的各电力移动器来移动电力，这导致非常高的电力损失。在专利文献US 2005/0077879中示出的平衡系统包括能量转移单元，各能量转移单元包括电感器、二极管和开关。各能量转移单元被配置成从一个固定的电池单元抽取固定量的电力并且以固定的充电比例将电力转移到另一组固定的电池单元。由此，对于将提供的电池组的各个新组合，需要新的能量转移单元。这立刻导致2η ！量级的数量的能量转移单元，其中η是电池的数量，以实现能量转移的所有可能的组合。
发明内容
本发明的一个目的是指出管理储能包的新方式，该方式允许改进储能包的机能和
6控制。根据本发明的第一方面，利用根据权利要求1的控制系统实现该目的。根据本发明的第二方面，利用根据权利要求11的输送装置实现该目的。根据本发明的第三方面，利用根据权利要求19的蓄电池实现该目的。根据本发明的第四方面，利用根据权利要求20的供电模块实现该目的。根据本发明的第五方面，还利用根据权利要求27的控制装置实现该目的。根据本发明的第六方面，还利用根据权利要求33的用于控制储能包的方法实现该目的。根据本发明的第七方面，还利用根据权利要求39的电动车辆实现该目的。上述方面的一个构思包括提供一种用于控制包括多个蓄电池的储能包的控制系统，所述蓄电池用于储能并且将所储能量作为电能进行供给，所述控制系统包括多个输送装置，各所述输送装置用于与所述储能包中的蓄电池组电连接；以及至少一个供电模块，其被配置成使所述输送装置相互电连接，其中，至少大多数所述输送装置各自用于处理与其连接的蓄电池组和供电模块之间的能量交换。由此，可以精确、个别且独立地控制和操纵各蓄电池组的能量状态和/或充电水平。根据一个实施方式，多个输送装置中的至少大多数各自用于处理从蓄电池组抽取电压和电流形式的能量，并且将所抽取的电压和电流转送到供电模块。由此，可以个别地降低与所述输送装置连接的各蓄电池组的充电水平。根据另一实施方式，多个输送装置中的至少大多数各自用于处理以单独的电压/ 电流分支输送电压的形式将来自供电模块的电力输送到与其连接的蓄电池组。由此，可以个别地补充与所述输送装置连接的各蓄电池组的充电水平。优选地，至少大多数输送装置各自被配置成处理蓄电池组和供电模块之间的双向能量交换，其中所述能量交换可以包括根据当前需要利用来自供电模块的能量将电荷输送到蓄电池组或从蓄电池组抽取电荷并向供电模块转送能量。由此，大多数输送装置各自能够以单独的电压/电流分支的形式将电压和电流形式的能量输送到蓄电池组或从蓄电池组抽取电压和电流形式的能量。由此，可以容易地个别控制各蓄电池组的能量或充电水平。 该控制系统的一个优点在于，由于各蓄电池组可以被再次填充电荷和排出电荷，所以平衡操作比其它系统快很多，既然强的蓄电池组可以在弱的蓄电池组被再次填充的同时处于空闲。优选地，至少大多数输送装置、优选是全部输送装置各自还被配置成在蓄电池组被认为不需要转移能量的情况下避免任何能量交换。根据一个实施方式，供电模块用于使多个输送装置中的至少两个、优选是至少大多数、最优选是几乎全部输送装置彼此电连接。优选地，供电模块还被配置成允许在供电模块内转移电力以及在连接到供电模块的输送装置之间转移电力。优选地，相互电连接的输送装置还用于允许供电模块和蓄电池组之间的双向能量交换。由此，供电模块用于允许从与同一供电模块连接的任一输送装置向与同一供电模块连接的任何其它输送装置转移能量和/或运载电荷，从而可以从储能包内的任一蓄电池组到任何其它蓄电池组转移能量 (并且由此转移电荷)。由此，通过使充电水平高的蓄电池组向充电水平较低的蓄电池组提供能量，可以精确且迅捷地平衡储能包而不管储能包中的蓄电池组的充电水平如何，由此改进了储能包的机能。
当经由诸如输送装置等电子部件转移能量时，引起电力损失。本发明的一个优点在于，通过设置使多个输送装置相互连接的供电模块，在最好的情况下，能量仅需要经过两个输送装置而不管电隔开涉及相互能量转移的两个蓄电池组的距离或者蓄电池组的数量如何。由此，利用最少配线和电力损失实现了跨大距离的能量转移。另一优点在于，由于各蓄电池组仅需要一个输送装置，所以基本上可以减少部件的数量并由此减少控制系统的成本，同时该控制系统实际上仍允许所有可能的能量转移的组合。供电模块优选地与输送装置电连接并且被配置成允许与输送装置之间的双向能量交换。优选地，供电模块还被配置成自身承载能量，使得从蓄电池组接收到的能量不必立即转送到另一蓄电池组，从而允许更独立地控制蓄电池组。在一个实施方式中，供电模块可以与整个储能包或部分储能包电连接，用于从储能包接收联合电压和电流，以允许对输送装置的输送。相反，供电模块还可以被配置成将联合再充电电流从供电模块输送到整个储能包或部分储能包。在另一实施方式中，供电模块还可以与诸如电网或再充电站等的外部电源连接以接收电力。由此，供电模块允许以少量配线对各输送装置提供电压的有效方式。
多个输送装置中的大多数各自优选地与单独的蓄电池组连接，并且形成至该蓄电池组的单独的电压/电流分支。优选地，各输送装置由此个别且单独地与其自身的蓄电池组连接，并且优选地仅连接到一个蓄电池组。由此，各输送装置可以处理各个蓄电池组与供电模块之间的能量交换。然而，输送装置可以与两个以上的蓄电池组连接，于是优选地与至蓄电池组的相应的两个以上的单独的电流分支连接，从而允许各蓄电池组个别且独立地交换能量。输送装置用于在其蓄电池组和供电模块之间电连接，以处理该蓄电池组与供电模块之间的能量交换。优选地，输送装置电连接在蓄电池组的正极和负极之间，由此输送装置可以将电流输送到蓄电池组以供给能量或从蓄电池组抽取电流以移除能量。输送装置可以包括用于接收信息和/或控制信号的诸如微处理器或微控制器等的逻辑电路。优选地，各输送装置是单独的装置，但是多个输送装置还可以在诸如公用电路板或芯片上设置为一个单元。此外，可以存在若干个由多个输送装置构成的组。根据一个实施方式，输送装置还被配置成监视各蓄电池组的状态。优选地，输送装置被配置成监视各蓄电池组的充电状态，但是输送装置还可以被配置成监视其它状态变量，诸如蓄电池的温度、期望寿命和当前寿命、类型或制造以及蓄电池组的最大或最小电压、最大电容等。控制系统可以包括用于控制输送装置和能量交换的处理的控制装置。控制装置优选地包括用于控制输送装置和能量交换的逻辑电路，诸如计算机、微处理器或微控制器等。 控制装置优选地包括用于接收传感器信号和发出控制信号的电路。控制装置可以与输送装置分开放置，或可以放置在一个或多个输送装置中，和/或可以整体或部分地并入诸如用于控制负载的系统等的其它控制系统。控制装置还可以被配置成监视和/或控制供电模块的操作。控制系统和控制装置可以包含在能够与蓄电池或储能包连接的单个单元内，或可以被划分到位于不同位置处的若干个单独的单元中。随后可以使用电导体连接单独的单元，并且单独的单元还可以通过传递和接收作为控制信号和/或通信信号的电磁波或声波来通信。用于控制控制系统的操作的电路和逻辑的实际位置可以整个地或部分地位于中央控制装置中和/或可以分布在输送装置中。储能包可以包括能够储能并且将所述能量作为电能进行供给的任何形式的蓄电池。蓄电池的示例包括电池单元、电容器和电感器，但是也可以使用其它类型的蓄电池。储能包优选地被配置成利用电能对负载供电，其中负载可以用在缺乏电网的偏僻地区。优选地，储能包是便携的或可移动的，并且可以设置在电气设备或一台机器内或者与电气设备或一台机器连接，所述电气设备或机器可以负责或不负责容纳和/或移动储能包。蓄电池组可以根据蓄电池的大小、容量和技术应用而包括一个或多个蓄电池。在蓄电池组包括多于一个的蓄电池的情况下，蓄电池组中的蓄电池优选地相互电连接，优选地还彼此机械地连接。优选地，设置于储能包中的蓄电池组也彼此电连接并且优选地也彼此机械地连接以形成储能包。优选地，最大的个别可控的蓄电池组包括储能包中的一半以下的蓄电池。根据本发明的一个实施方式，最大的个别可控的蓄电池组包括储能包中百分之十以下的蓄电池。 根据本发明的一个实施方式，蓄电池组包括十个以下的蓄电池。优选地，最大的蓄电池组包括五个以下的蓄电池。更优选地，最大的蓄电池组包括三个以下的蓄电池。最优选地，最大的蓄电池组包括一个单个的蓄电池，由此储能包中的各蓄电池可以被个别地控制。优选地， 储能包中的蓄电池至少大多数是蓄电池组的成员。根据大小和应用，储能包在机械和/或电学意义均可以设置为一个单元或分成若干个单元。如果储能包在一台机器中被设置于若干个位置则可能就是这种情况。控制系统类似地可以包括一个或多个单独的供电模块以及一个或多个单独的输送装置组，其中各供电模块用于与其自身的单独的输送装置组连接。优选地，多个单独的供电模块与相关的多个输送装置彼此匹配，并且与匹配数量的单独的储能包单元连接。设置若干个供电模块和相关的输送装置的目的是减少需要的配线量。在一个实施方式中，两个或多个供电模块经由用于根据需要处理供电模块之间的任何能量交换的可控集线器彼此电连接。然而，优选地，控制系统包括仅一个原则上与设置于控制系统内的每个输送装置相互连接的供电模块。车辆或船舶优选地包括由储能包提供电力的电动马达形式的负载，所述负载被配置成提供车辆或船舶用的动力。由此，车辆或船舶的动力是由储能包提供的电力。优选地， 车辆是陆基车辆，优选地是路面车辆。而船舶优选地是水基船舶。本发明还可以用于飞机。 本发明的其它应用包括用于为电动工具、电加热、电动机械提供电力的储能包或由储能包为负载提供电力的其它应用。根据一个实施方式，控制系统包括控制装置，所述控制装置被配置成对至少大多数输送装置分别进行个别的控制以独立地进行能量交换。优选地，至少大多数输送装置各自相应地独立可控。优选地，至少大多数输送装置各自被配置成独立于其它输送装置地处理供电模块和其各个蓄电池组之间的能量交换。由此，对于各个蓄电池组来说，独立地控制诸如充电和放电等的能量交换的处理。由此，控制系统可以控制并改变仅具有偏差充电水平的蓄电池组的充电状态。由此，不需要为了校正偏差蓄电池组或蓄电池的充电水平而影响具有非偏差充电水平的蓄电池组或蓄电池。这在供电模块可以从整个储能包抽取联合电流或从外部电源供给联合电流的情况下特别有效，由此不需要使一个蓄电池组的任何电力交换与另一蓄电池组中的相应的电力交换相匹配。此外，增加了控制系统的多功能性，使得控制系统可以利用储能包解决更宽范围的问题和/或获得如下所述的进一步的优点。还有，由于电力可以在各输送装置中本地化地并且独立地交换，所以可以减少电力损失。另一优点是，由于可以直接控制蓄电池组而不需要操作其它任何蓄电池组，所以提高了改变储能包的状态的速度和控制储能包的速度。根据一个实施方式，控制系统被配置成对储能包再充电和/或平衡储能包。优选地，控制系统被配置成命令与充电水平比平均充电水平低的蓄电池组相连接的输送装置独立且个别地向该蓄电池组输送电压和/或电流。由此，该输送装置从供电模块取得电力， 可以以由供电模块供给的公用输送电压的形式，并然后将个别的输送电压提供给该蓄电池组。通过个别且独立地对蓄电池组再充电，各蓄电池组可以利用其最优的充电电流进行充电，导致再充电更快。通过将储能包中的蓄电池组平衡成具有相等的充电水平，提高了储能包的性能。根据一个实施方式，控制装置被配置成接收与蓄电池组的当前充电水平有关的信息，并且控制与充电水平比储能包的平均充电水平高的蓄电池组相连接的至少一个输送装置以从该蓄电池组向供电模块转移能量。优选地，控制系统由此被配置成命令与充电水平比平均充电水平高的蓄电池相连接的输送装置以独立且个别地从该蓄电池抽取电压和/ 或电流，并且通过供给辅助维持公用输送电压的电压将该电力转移到供电模块。由此，可以减少一个蓄电池组的电荷，导致更快的平衡。还有，所抽取的电力可以经由供电模块直接转移并提供给另一个具有较低充电水平的蓄电池组。根据一个实施方式，控制装置被配置成在利用联合再充电电压对储能包再充电期间，控制与充电水平比储能包的平均充电水平高的蓄电池组连接的至少一个输送装置以从该蓄电池组向供电模块转移能量。利用施加到储能包中所有蓄电池的联合再充电电压和电流对储能包充电同时简化了高充电电流的供给。因此，只要可以支持充电电流的大小，所述联合再充电通常比个别充电快。然而，当一个蓄电池组或一个蓄电池将要达到其最大充电容量时，必须终止或减小联合充电电流。通过从所述高度充电的蓄电池组或蓄电池抽取电力，其充电水平降低或至少以较低速率增长，使得联合再充电可以执行较长的时间或至少以较大的电流执行。由此实现整体较快的对储能包再充电。优选地，从高度充电的蓄电池组抽取的电力可以经由供电模块与联合再充电同步地一起被提供给充电水平较低的蓄电池组，甚至进一步加快了再充电过程。在另一实施方式中，如此从高度充电的蓄电池组或蓄电池抽取的电力可以改为被添加到联合再充电电流。在一个实施方式中，可以在使用储能包对负载供电电压和电流的状态下操作控制系统。由此，在蓄电池组对负载提供电压的状态下，通过从该蓄电池组输送或抽取电压和电流，输送装置可以处理蓄电池组或蓄电池与供电模块之间的能量交换。由此，在使用储能包供给能量的状态下，可以个别地和/或独立地控制储能包中的蓄电池组。蓄电池组和供电模块之间的能量交换还将影响实际使用期间从储能包抽取的电压和电流，这使得可以在使用储能包提供电能期间控制储能包的机能。于是，控制系统可以用于在操作期间支持充电水平低的蓄电池组，由此，即使一个蓄电池组或蓄电池将要耗尽，来自整个储能包的较大联合输出电流也能够维持较长的时间。而且，在输送装置足够强的情况下，可以在储能包的整个操作期间主动地进行平衡，使得降低了对停机修理时间的需求。由于可以经由供电模块转移能量，较强的蓄电池在储能包操作期间还可以支持较弱的蓄电池，由此使得操作期间可以从储能包抽取较大的电力。对于系统仅能在储能包不操作的状态下平衡储能包的现有平衡来说，由于较强的蓄电池组仍将引起较弱的蓄电池组不能或至少不易应付的较大电流，所以较强的电池将不可避免地对较弱的电池产生更大的影响，而不管前期平衡如何。为了不使输送装置过载太多，优选地在从储能包抽取较少电力的操作条件下处理蓄电池组和供电模块之间的能量交换。优选地，在从储能包供给的电力小于或等于从储能包可得到的最大电力的50%的状态下进行能量交换。优选地，在从储能包供给的电力小于或等于能从储能包得到的最大电力的25%的情况下进行能量交换。在一个实施方式中，在储能包不供给电力的状态下进行能量交换。例如在车辆和电动马达形式的负载的情况下， 在使用负载的状态下可能会产生电力供给较少或没有电力供给的时间，诸如当等待绿灯时或驱动车辆下坡时。对用于处理能量交换的这种时间的选择显然依赖于控制系统和输送装置的应用和设计。本发明的控制系统和方法的另一优点在于，由于独立地和个别地控制各输送装置并且由于供电模块使输送装置相互连接，控制系统可以与可升级的储能包一起使用，其中通过扩展输送装置的数量可以将新的蓄电池组或蓄电池容易地添加到储能包。还可以容易地移除或更换旧的蓄电池组或蓄电池。由此，在蓄电池组或蓄电池被破坏的情况下，该蓄电池组或蓄电池能够被容易地更换而不需要更换整个储能包。另外，由于蓄电池技术的发展而具有较好性能的蓄电池可以被包括在包含利用较早技术制成的蓄电池的储能包中。又一优点在于，降低了在将各个电池单元组装到同一储能包之前使各个电池单元彼此匹配的需求。利用该系统，同一蓄电池组内的蓄电池匹配就足够了，而蓄电池组本身仅需要彼此还算匹配。由于在制造现有技术储能包时匹配过程是非常耗时间的步骤，所以实质上降低了意欲与本发明的控制系统一起使用的储能包的生产成本。根据一个实施方式，供电模块包括使多个输送装置相互电连接的第一电力线和第二电力线。第一和第二电力线优选地与各输送装置的低电位连接件和高电位连接件连接。 优选地，输送装置在电力线之间并联地相互连接。优选地，相同的两根电力线与输送装置中的至少大多数、优选是至少85%并且最优选是全部连接，由此显著地减少了为输送装置供给电力的电力线或配线的总长度。另外，输送装置公用的这两根电力线还确保至所有输送装置的低电阻和等同的电连接。还有，两根电力线允许电力从任一输送装置有效地转移到与相同电力线连接的任何其它输送装置。优选地，两根电力线被设计为在其间承载电压差以将公用的输送电压输送到输送装置。根据一个实施方式，供电模块包括连接在电力线之间的电容器。电容器被配置成用作供电模块内的临时储能装置或缓冲器。由此，在输送装置平均下来对供电模块提供正的电力的情况下，过剩的电力可以被储存在电容器上，相应地，在输送装置平均下来从供电模块抽取电力的情况下，可以由电容器供给之前储存的电力。另外，电容器可以保护供电模块免受临时电压和/或电流峰的影响。根据一个实施方式，供电模块包括电压控制器，该电压控制器被配置成努力地将公用输送电压保持在目标电压。由此，由于公用输送电压已知，所以简化了各个输送装置的控制。优选地，目标电压是恒定电压，其中供电模块提供直流电。由此，由于目标电压已知， 所以可以减少通信协议中的信息比特数。根据一个实施方式，电压控制器包括与供电模块连接并且被配置成将恒定电压输送到供电模块的转换器。电压控制器可以或能够与诸如电网等的外部电源连接以接收电力。可选地，电压控制器可以或能够与储能包连接并且被配置成从储能包接收联合输出电压和电流。当然，电压控制器还可以用于将电力从供电模块输送到外部电网和/或输送到整个联合储能包。优选地，由控制装置来控制电压控制器的操作。根据一个实施方式，至少大多数输送装置各自包括转换器，该转换器包括第一输入/输出端子，所述第一输入/输出端子具有分别用于与蓄电池组的正极和负极连接的两个触点。优选地，转换器还包括第二输入/输出端子，所述第二输入/输出端子具有分别用于与供电模块的第一电力线和第二电力线连接的两个触点。由此，转换器电连接在蓄电池组和供电模块之间。优选地，转换器被配置成处理供电模块和蓄电池组之间的能量转移。 优选地，转换器是双向的，其中第一端子和第二端子均可以接收和/或输出电压。由此，转换器被配置成允许两个方向上的电力交换。由此，仅需要一个部件来允许电力的双向交换。 由此，转换器被配置成将公用输送电压转换成蓄电池组的单独的输送电压以及将蓄电池组的单独的输送电压转换成公用输送电压。包括转换器的输送装置可以接收一定量级的公用输送电压并且将该电压转换成具有另一量级的输送电压以输送到蓄电池组。优选地，转换器被配置成输出从蓄电池耗尽之前由蓄电池供给的最低电压到蓄电池能够再充电而不被损坏的最高电压的范围内的电压。优选地，输送到蓄电池的电压可以在3. 0V-4.5V的范围变化。转换器由此能够处理不同的电位和/或输入和输出电压。优选地，转换器被配置成接收和/或输出不同的电压量级，由此提高了输送装置的多功能性。转换器的另一优点在于允许个别且独立地对蓄电池组输送，并且转换器在购买和操作两方面均不贵。根据一个实施方式，转换器是DC/DC转换器。所述转换器容易控制，并且还可以切断以避免输送或接收任何电压或电流并避免电力交换。于是，优选地，供电模块被配置成以DC电流和电压形式对输送装置供给公用输送电压。根据本发明的一个实施方式，从外部电源接收用于对储能包和/或个别蓄电池组再充电的电力。外部电源可以是局部电网或一些其它电源。根据一个实施方式，根据本发明的方法包括感测外部电源的电压和电流水平，以及使接收模块接收当前电压和电流水平并且将所述电压和电流水平转换成控制系统可用的电压水平。接收模块优选地用于接收至少两个不同的电压和电流水平。由此，同一接收模块可以接收不同类型的电力，使得车辆可以在具有不同电力标准或不同类型的电源的不同国家或地区中使用。根据一个实施方式，进行蓄电池组和供电模块之间的能量交换，该交换用于补偿蓄电池组与至少一个其它蓄电池组之间的电压差。优选地，能量交换用于补偿该电压差，使得由两个蓄电池组供给的电压和电流被认为基本上相等，并且至少差异不超过10%。由此， 由于电压差可以由施加的电压来补偿，不同类型和/或因制造偏差而具有不同电压的蓄电池可以配置在同一储能包内。由于不再需要进行蓄电池的试验和分组，简化了储能包的制造。另外，简化了较少数量的较大蓄电池的使用。根据本发明的一个实施方式，储能包用于对负载供给电能以将负载操作到第一状态、即活动状态，之后负载被操作到负载的第二状态、即再生状态，在第二状态中，负载将负载中积累的能量转换成再生电压和电流，并且至少部分再生电压和电流通过单独的电压/ 电流分支以电压和电流的形式被输送到至少一个蓄电池组。由此，蓄电池组由于再生电力而再充电。优选地，在第一状态、即驱动状态，从储能包抽取能量作为提供给电动马达的联
12合储能包电流以转换成使马达驱动的动能，随后，电动马达被操作到第二状态、即发电机状态，由此电动马达将积累的动能转换成再生电压和电流。再生电压和电流的全部或部分随后被单独地输送到至少一个蓄电池组。根据本发明的一个实施方式，再生电压和电流被导向储能包中被监视为能量水平最低的一个或多个蓄电池组。由此，再生电压可以用于平衡储能包中的蓄电池，这意味着可以更有效地使用储能包。根据本发明的另一实施方式，再生电压被导向由储能包驱动的设备中的第二负载。由于再充电处理的效率低于100%，在再充电期间至少损失一些能量。由此，与首先仅储存部分再生能量并然后利用所储存的部分驱动假如存在的第二负载相比，使用再生电压驱动第二负载更有效。在设备是车辆的情况下，第二负载可以是诸如气候系统等的辅助系统。由于电动马达通常不产生足以温暖乘客舱的废热，而用于加热的能量通常必须从储能包抽取，所以这在冷天气中特别有用。
现在将参照附图以本发明的多个非限制性示例说明本发明。图1示出包括根据本发明的一个示例的用于控制储能包的控制系统的车辆，其中储能包包括多个电能蓄电池。图2示出设置有根据本发明的一个示例的控制装置的蓄电池。图3示出根据本发明的方法的一个示例。
具体实施例方式图1示出包括电动马达3形式的负载的电动车辆1，所述电动马达3用于驱动用以推动车辆的驱动轮5转动。电动车辆1设置有储能包7，所述储能包7包括用于储能并且通过电压和电流供给所储能量的多个蓄电池9。在该示例中，蓄电池串联连接以利用高电压提供储能包联合(joint)电压和电流。在该示例中，蓄电池9是可再充电的原电池单元 (galvanic battery cell)，在该示例中，所述原电池单元是最大输出电压为3. 7V的磷酸铁锂电池。车辆1还包括用于控制储能包7的控制系统13。控制系统包括多个输送装置17， 其中输送装置17各自与一个蓄电池组lOa-d连接。在该示例中，各蓄电池组分别包括五个、 三个、两个或一个蓄电池。然而，在另一示例中，蓄电池组可以包含多达二十个蓄电池，在又一示例中可以包含多达十个蓄电池，并且在又一示例中可以包含为储能包中蓄电池的百分之十这样多的蓄电池。在该情况下，输送装置连接在各蓄电池组中在电的意义上相隔最远的电极之间。控制系统13还包括被配置成使多个输送装置17彼此电连接的供电模块37。各输送装置17还用于处理其蓄电池组lOa-d和供电模块37之间的能量交换。通过利用输送装置在供电模块37和蓄电池组之间转移能量，可以单独地控制和操纵各组lOa-d蓄电池9的充电水平。由此，可以容易地实现蓄电池组的充电水平的平衡。控制系统13还包括用于控制多个输送装置17并且控制能量交换的处理的控制装置15。控制装置15被配置成从多个输送装置接收与多个输送装置的性能相关的反馈信号以及与蓄电池组的状态相关的状态信号。控制装置15还被配置成响应于反馈信号和状态信号，对多个输送装置发出控制信号以控制能量交换。由此，输送装置被配置成接收来自控制装置的控制信号并基于来自控制装置的控制信号处理能量交换。输送装置17用于通过被配置成从蓄电池组抽取电压和电流形式的能量并且将所抽取的能量转移到供电模块来处理能量交换。由此可以降低各蓄电池组的充电水平。各输送装置17还用于通过给包括至少一个蓄电池的蓄电池组输送电压和电流来处理能量交换，其中输送装置将能量从供电模块37转移到蓄电池组lOa-d。由此可以再充满各蓄电池组的充电水平。在该示例中，输送装置被配置成以单独的电压/电流分支的形式向储能包7 中多个蓄电池9组的正极和负极输送电压和电流，使得对一组蓄电池的电压和电流输送不影响储能包中的另一组蓄电池。在该示例中，各输送装置被配置成处理供电模块37和蓄电池组之间的双向能量交换，其中输送装置可以从蓄电池组抽取能量以及向蓄电池组供给能量。由此，各蓄电池组可以根据当前需要而被单独地再充电或放电。供电模块37还被配置成允许在供电模块内转移电力以及在连接到供电模块的多个输送装置17之间转移电力。供电模块37还被配置成在供电模块37内维持公用的输送电压，并且将该公用的输送电压提供给多个输送装置。由此，能量和/或充电水平可以经由供电模块37从任一输送装置转移到任何其它输送装置，并且同样地从储能包内的任一蓄电池组转移到任何其它蓄电池组。由此，通过使充电水平高的蓄电池组给充电水平低的蓄电池组提供能量，储能包可以精确并且迅速地获得在蓄电池组的充电水平方面上的平衡。利用本控制系统，不管蓄电池组在储能包内的出现位置如何，均可以有效地在具有充电水平差异的不同蓄电池组之间转移能量。还有，即使具有充电水平差异的蓄电池的数量或状态改变，控制系统仍保持有效。在该示例中，由许多个不同的源给供电模块37供电，并且还可以由供电模块37 给许多个不同的源供电。如上所述，供电模块37可以通过从各个输送装置接收能量而被供电，各个输送装置被操作为从各个蓄电池组抽取电力并且将电力提供给供电模块37。然而，主要地，供电模块37通过从整个储能包接收能量而被供电。于是，供电模块可以接收来自储能包的部分输出电流或在异常情况下接收来自储能包的全部输出电流。由此，控制系统13包括从储能包至蓄电池的转换器四，所述转换器四在该示例中用于经由负载控制模块观(将在后面说明)从储能包接收电力并且使储能包联合电流的一部分返回到供电模块 37，于是供电模块37可以将公用的供电电压提供给多个输送装置17。当然，转换器四还可以沿其它方向操作从而从供电模块37向整个储能包输送电力。如果可以，供电模块37 还可以由诸如电网等外部电源供电。典型地，当对储能包充电时，提供外部电源。于是，供电模块37被配置成从电力接收模块27接收电力，所述电力接收模块27用于与外部电源连接，其中供电模块37可以向输送装置输送来自外部电源的公用的输送电压。电力接收模块 27还可以沿其它方向操作以从供电模块向外部电源输送电力。控制系统13和控制装置15用于控制输送装置17以单独地并且个别地处理针对各蓄电池组的能量交换。控制系统13和控制装置15还用于控制各输送装置17以独立于任何其它蓄电池的能量交换地处理各蓄电池组的能量交换。输送装置还用于形成至蓄电池组的正极19和负极21的单独的电压/电流分支。由此，可以个别地并且独立地对各蓄电池组充电，而不影响任何其它的蓄电池组。另外，可以对包括具有不同特性(诸如具有不同的输出电压等)的电池单元的储能包充电。
控制系统13和/或输送装置17还用于向能量水平比储能包7中蓄电池组的平均能量水平低的蓄电池组输送电压和电流，所述电压和电流用于驱动蓄电池的充电。由此，低能量水平的蓄电池被充电，使得储能包7变得平衡。控制系统13和/或输送装置17还用于从能量水平比储能包7中蓄电池组的平均能量水平高的另一蓄电池组抽取电流。在该示例中，控制系统13和/或输送装置17用于向能量水平低于平均能量水平的15%的蓄电池组输送单独的电压和电流，但是在另一示例中，可以根据应用选择任何其它适当的差异。控制系统13还包括负载控制模块观，所述负载控制模块观用于控制负载的运行以及从储能包7提供给负载的电力，在本示例中，所述负载是电动马达3。控制系统13和/ 或输送装置17还被配置成在运行负载的状态下处理蓄电池组和供电模块37之间的能量交换。由此，在负载运行的状态下，控制系统13还通过向各个蓄电池组输送单独的电压而间接地控制从储能包7的电力供给。在该示例中，控制系统和输送装置17用于在负载运行期间平衡储能包7。由此，可以在实际运行期间支持充电水平低的蓄电池组，使得即使一个蓄电池组开始的充电水平低于其它蓄电池组，储能包仍可以继续输送高电流。在该示例中，控制系统和输送装置17用于通过从整个储能包7抽取能量来平衡储能包7，使得经由控制系统13不断地平衡储能包。控制系统13被配置成仅在需要从输送装置取得的电流小时才平衡储能包，从而不损坏输送电路23。在该示例中，例如可以在车辆静止期间、车辆减速期间、车辆下坡时或车辆1的累积动能(built-up kinetic energy)足以使车辆移动时平衡储能包7。通过返回联合输出电压的一部分，还可以向在负载运行期间受控的蓄电池组输送来自整个储能包的电压。控制系统13和/或输送装置17还被配置成对输出电压与蓄电池组的平均输出电压不同的蓄电池组施加电压，所施加的电压用于补偿电压差并且在储能包7中的蓄电池组之间均化(even out)输出电压。在该示例中，输送装置对电压输出与平均电压的差异大于 15%的蓄电池输送单独的补偿电压，但是可以根据应用选择任何其它适当的差异。例如由于制造偏差而具有不同电压输出的蓄电池，可能由于在相邻的蓄电池中驱动了不需要的充电或由于自身变得耗尽而被损坏或有害地影响储能包。通过对电压差进行补偿，不需要在制造储能包时对蓄电池进行大量的试验和分组，这降低了制造成本。控制系统13和/或输送装置17还用于对能量水平低至进一步抽取能量可能会损坏蓄电池的蓄电池组输送能量。在该示例中，控制系统13和/或输送装置17用于向能量水平低于蓄电池组充满电时的能量水平的10%的蓄电池组输送能量。这里，将0%的水平用作在该水平之下蓄电池可能由于耗尽而被损坏的水平。通过改为从输送装置提供所需的电力，输送装置用于防止进一步从蓄电池组抽取能量。在该示例中，输送装置17被配置成输送与来自该蓄电池组的标准供电电压和电流相对应的单独的电压和电流。由此，由于防止了低能量水平的蓄电池组进一步供给任何能量，储能包7可以继续对负载3供电，从而避免了损坏。由于上述原因，不必由于存在一个低能量水平的蓄电池组而限制从储能包供给能量。当使用该方法时，即使由于电阻而损失了一些能量，由于不必像从前那样限制从储能包供给能量，所以储存在储能包中的大部分能量将能够用于驱动车辆。由于不需要限制从储能包7抽取能量，评估表明通过使用如上所述的补偿、平衡和防止蓄电池组供给能量，大约多了 10%的能量变得能够用于驱动车辆。由此，可以增大车辆的范围。另外，输送装置同时对低能量水平的蓄电池充电，由此储能包中的蓄电池变得更加平衡并且由此还可以提高蓄电池的寿命。倘若车辆减速，则电动马达3被配置成用作发电机并且将车辆速度形式的累积动能转换成再生的电压和电流。控制系统13、在该示例中为控制装置15包括第二接收模块 31，所述第二接收模块31用于从电动马达3接收再生的电流。控制系统15还用于控制输送装置17以将再生的电流输送到至少一组互相连接的蓄电池。在该示例中，控制系统15 控制输送装置17以将再生的电流输送到能量水平比储能包中蓄电池组的平均能量水平低的蓄电池9组。由此，在驱动车辆的状态下，利用再生的能量来平衡储能包7。在该示例中，控制系统13还用于例如当提供外部电源对储能包7充电时经由联合充电导体12利用联合充电电流对储能包中的至少大多数蓄电池充电。通过利用联合充电电流进行充电，容易利用较高的电力进行充电，由此充电较快。控制系统13还被配置成当越来越多的蓄电池9充满电时减少联合充电电力并且接着终止联合充电电力，并且随后切换到蓄电池组或蓄电池的单独充电。控制系统13和控制装置15还被配置成控制与充电水平比平均充电水平高的蓄电池组连接的输送装置，以从所述蓄电池组抽取电力并且提供给供电模块37。由此，可以以较大充电电流持续较长时间联合充电，这可以减少总的充电时间。于是，控制系统13和控制装置15可以控制与充电水平比平均充电水平低的蓄电池组连接的输送装置，以将多余能量从供电模块37输送到充电水平较低的蓄电池组，或可选地，将多余能量提供给联合充电电流。在该示例中，供电模块37包括使多个输送装置17相互电连接的第一电力线2和第二电力线4。第一和第二电力线被配置成承载输送装置17之间的电压，其中第一电力线 2具有低电位而第二电力线4具有高电位。输送装置17通过并联在两根电力线之间而互相连接。由此，供电模块37和两根电力线对多个输送装置输送公用的输送电压。输送装置 17可以通过允许电流通过由电力线之间的电位差驱动的输送装置而从供电模块抽取电力。 输送装置还可以通过利用比电力线之间的电压略高的电压对供电模块37输送电流来对供电模块供给电力。两根电力线确保电流通过供电模块时的低电阻，并且允许从任一输送装置向连接到电力线的任何其它输送装置有效地转移电力。供电模块包括电压控制器36，所述电压控制器36被配置成将公用的输送电压输送到第一电力线2和第二电力线4。电压控制器可以被配置成从外部电源或储能包抽取电压。在该示例中，电压控制器36包括转换器，由此公用的输送电压的电压水平是可控的。电压控制器36在该示例中被配置成用于努力将公用的输送电压保持在目标电压，在该示例中保持在大约80V-100V的恒定的目标电压。供电模块还包括连接在电力线之间的电容器 38。电容器可以暂时储存电荷并且用作供电模块内的缓冲器。由此，保护供电模块37免受暂时电流峰的损坏。由于电容器38和转换器形式的电压控制器36，供电模块还可以在输送装置的能量交换的总和在特定瞬间没有累计到零的情况下储存和/或传递能量。在图2中更详细地示出仅包括一个蓄电池9的蓄电池组以及与包括一个蓄电池9 的蓄电池组连接的输送装置17。输送装置17包括设置于电路板上的多个电子电路和模块以执行多个不同的功能。虽然仅示出一个示例性构造，但本领域技术人员基于所公开的原理能够构思很多变形。特别地，在不脱离本发明的范围的情况下，能够以不同的方式组合单独的模块和电路的功能，还可以改变模块和电路的数量。此外，在不脱离本发明的情况下，一些功能可以分派成由输送装置17执行或由控制装置15执行。模块和电子电路可以以硬件、软件或软硬件的任意组合的方式实现，并且可以包括模拟电路和数字电路两者。蓄电池9包括用于从蓄电池供给电压和电流的正的第一电极19以及负的第二电极21。输送装置17形成于电路板上并且连接在蓄电池组的正极19和负极21之间以监控蓄电池。在该示例中，优选地，放置输送装置17以物理地安装到蓄电池9上，但是在另一示例中，可以以其它方式放置输送装置，诸如与控制装置15放置在一起或放置在控制装置15 内，并且可以经由电导体与蓄电池组或蓄电池的电极连接。输送装置17包括连接在蓄电池组的正极和负极之间的输送电路23。在该示例中， 输送电路23包括独立可控的DC/DC转换器，其中第一输入/输出端子连接在第一电极和第二电极之间以向蓄电池输送输送电压和/或从蓄电池抽取电流。转换器23还包括第二输入/输出端子，所述第二输入/输出端子连接到供电模块37的第一电力线2和第二电力线 4以输送或接收公用的输送电压。由此，输送电路23被配置成通过将来自供电模块的公用的输送电压转换成蓄电池9的适当输送电压或者反之来处理蓄电池和供电模块之间的能量交换。输送装置17还包括监视模块33，所述监视模块33与输送电路23直接连接。监视模块33被配置成发出用于控制DC/DC转换器的操作并且处理蓄电池9和供电模块之间的能量交换的控制信号。在该示例中，监视模块33发出用于控制DC/DC转换器内的切换操作以实现转换的控制脉冲。监视模块33还被配置成操作处于测量状态的输送电路23，其中监视模块从输送电路23接收具有蓄电池9的当前电压水平信息的测量信号。由此，监视模块33与输送电路23连接以测量两个电极19、21之间的电压。监视模块33还可以被配置成监视蓄电池9的诸如温度等的其它条件或状态。输送装置17包括控制模块32，所述控制模块32包括用于控制输送装置17的操作的控制逻辑。控制模块32可以包括微控制器或一些其它形式的逻辑或微处理器。控制模块32与监视模块33连接并且用于通过向监视模块33发出关于将由输送电路23施加到蓄电池组的期望电压的信号来控制监视模块33，并且还经由监视模块33控制输送电路23。 由此，输送电路23被配置成基于来自控制模块32的控制信号对两个电极输送单独的电压或从储能包抽取能量。在测量状态下，输送控制模块32用于从监视模块33接收电压水平信息，并且基于接收到的信息估算蓄电池9内部的能量水平或充电水平。在蓄电池9是具有平坦的充电水平-电压曲线的电池的情况下，输送控制模块32还可以被配置成通过基于从蓄电池9抽取的电流的时间积分进行计算来估算充电水平。在该示例中，输送控制模块32和监视模块33 均为微控制器，但是在另一示例中，所述两个模块可以是部分软件程序或任何类型的电子器件。输送装置还包括通信模块34，所述通信模块34被配置成处理输送装置17和控制装置15之间的任何通信。通信模块34在该示例中是与控制装置15连接的通信总线。控制模块32被配置成收集来自监视模块33的信息、处理来自监视模块33的关于蓄电池组的状态或条件的信息、并且经由通信模块34将信息传达到控制装置15。在操作中，控制模块 32可以被配置成将从监视模块33收集到的信息的一部分或全部以及关于当前充电水平的信息传达到控制装置15。
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在操作中，控制模块32被配置成如上所述获取关于当前充电水平的数据，并且将该数据传达到控制装置15。控制装置15从输送装置并且从控制系统内的任何其它输送装置接收关于充电水平的数据。控制装置15随后计算储能包中蓄电池组的平均充电水平，并且将平均充电水平传达到输送装置。根据设计，控制装置15、控制模块32或两者的组合被配置成基于当前蓄电池组的状态、条件和充电水平，基于同一储能包内其它蓄电池组的状态和条件，以及特别地基于储能包中全部蓄电池组的平均充电水平的信息来决定是否进行能量交换。在当前蓄电池组的充电水平比平均充电水平高了足够阈值的情况下，控制模块 32命令监视模块控制输送电路以从该蓄电池组抽取能量并且将能量提供给供电模块。在当前蓄电池组的充电水平比平均充电水平低了足够阈值的情况下，控制模块32命令监视模块控制输送电路以从供电模块向该蓄电池组输送能量。通过控制输送电路23中的转换，可以根据当前需要向蓄电池组或蓄电池输送不同的电压。特别地，转换器可以用于向蓄电池9输送根据需要和用途的可变电压。在该示例中，输送装置17被配置成向蓄电池9输送电压或从蓄电池接收电压，其中该蓄电池9的电压水平在从蓄电池耗尽之前由蓄电池供给的最低电压到蓄电池可以被充电而不被损坏的最高电压的范围内。在该示例中，输送到蓄电池9的电压可以在3. OV-4. 5V的范围变化。控制装置15被配置成接收关于储能包7中的蓄电池组的信息，并且进行必要的计算和/或比较以如上所述地控制输送装置17并且由此控制储能包7。特别地，控制装置15 被配置成计算储能包的平均充电水平，但是控制装置15还可以被配置成估算各个蓄电池组的充电水平。控制装置15还被配置成生成对多个输送装置17的控制信号，所述控制信号经由通信总线39转移到各个输送装置17的输送通信模块34。控制信号可以发送到所有的输送装置，但是控制信号可以包括识别码(identity code)，使得仅被选中的输送装置可以对控制信号作出反应。可选地，控制信号可以被单独地发送到各输送装置，使得不同的输送装置可以根据与其关联的蓄电池组的状态和条件而被给予不同的命令。由此，控制装置 15通过对输送装置17传送控制信号来控制至少大多数转换器。输送装置17还被配置成例如当不需要控制蓄电池组或蓄电池9时，在输送装置17 的无源状态(passive state)下关掉输送电路23中的转换，由此切断两个电极之间经由输送电路的连接以避免两个电极之间的电流。由此，当使用储能包7来供给能量时或当储能包7停止工作时很少有电流泄漏。更详细地，监视模块33被配置成监视与监视模块连接的电能储能包中的电能蓄电池组的至少一个状态变量。在该示例中，监视模块33监视可能影响蓄电池9的机能的条件和状态，诸如温度、电压、充电水平、当前能量水平、使用年限等。由此，控制模块32被配置成在输送装置连接到包括若干蓄电池的蓄电池组的情况下提供诸如蓄电池类型、最大充电水平、最大充电电流、最小充电水平和蓄电池数量等的信息。所述信息可以由控制模块32 内部使用以进行计算，但也可以经由通信模块34传达到控制装置15。可以通过感测正极和负极之间产生的电位差来感测蓄电池9中的能量水平，或可以通过监视从蓄电池抽取的电流和输入蓄电池的电流并且基于监视信息计算能量水平来计算蓄电池9中的能量水平。在该示例中，输送装置17还包括警报模块35，所述警报模块35用于在监视电路检测到异常条件、错误或致命错误时产生警报信号。于是，控制系统15被配置成立即关掉储能包从而防止进一步从储能包抽取任何能量。在该示例中，控制系统15还被配置成断开蓄电池组的彼此连接，由此使得最高电压从串联连接的蓄电池的组合电压降低到蓄电池组或单个蓄电池的较低电压。在该示例中，车辆1包括用于与外部电源沈连接的电力连接装置25。电力连接装置25还与电力接收模块27连接，所述电力接收模块27包括用于将接收到的电力转换成对控制系统13有用的形式的变量转换器。在该示例中，电力接收模块27将接收到的电力转换成24V直流电流。电力接收模块27还用于感测从外部电源沈接收到的电力的类型和大小，并且相应地控制电力的转换，使得车辆可以连接到各种不同的电源，诸如不同地区、国家和/或国际标准的电网。电力接收模块可以与被配置成将接收到的电力部分或全部转换成更可用形式的附加转换器22、24。在该示例中，控制装置15还被配置成控制从储能包经由逆变器观形式的负载控制模块观到负载的能量供给。然而，也可以通过用于控制负载的运行或在该示例中用于控制车辆的运行的另一控制装置来进行负载电流的控制。在图3中示出根据本发明的方法的一个示例。应理解的是，方法中的步骤不必以所描述的顺序执行，而是可以根据实际使用情况例如根据操作员的选择进行互换。在该示例中，作为优选实施例，储能包配置在电动车辆的内部，但是所述方法还可以与其它类型的设备相关地使用。在第一步骤41中，所述方法包括监视储能包中的至少一个蓄电池组中的能量水平。在该示例中，监视储能包中的所有蓄电池，并且进一步独立地监视各蓄电池。所述方法还包括监视储能包中的蓄电池的条件和状态。所述方法还包括产生关于储能包中的至少一个蓄电池的状态、条件以及类型的信息性消息。可以例如通过前述的输送装置来监视蓄电池组。在该示例中，在所述方法的整个使用过程中持续监视条件、状态和能量水平，由此监视条件、状态和能量水平不仅限于第一步骤41。倘若至少一个蓄电池的能量水平低，以及可能倘若整个储能包的能量水平低，将表示低能量的消息呈现给操作员。在第二步骤42中，操作员将用于控制储能包的控制系统连接到外部电源。于是， 所述方法包括从外部电源接收电力，在该例子中从电网接收电力。所述方法还包括感测外部电源的电流和/或电压水平，并且使接收模块接收感测到的电流和/或电压水平。由此， 车辆可以连接到多种形式的不同电源，由于车辆可以在具有不同电网的国家之间移动，所以这是有利的。在第三步骤43中，所述方法包括通过至少对储能包中的大多数蓄电池供给小的联合充电电流来开始对储能包充电。在该示例中，蓄电池串联连接，由此所述方法包括通过连接到储能包中的最外侧蓄电池的电极并且将电流输送到储能包中的最外侧蓄电池的电极来将联合充电电流提供给所有的蓄电池。为了使传感器感测到蓄电池中的当前能量水平，初始充电在一些场合下可能是必须的。在其它情况下，第三步骤43可以选择性地省略。在第四步骤44中，所述方法包括在接收到表示蓄电池中的能量水平低于第一阈值水平的信息时增大联合充电电流和/或电压。第一阈值水平在该示例中被设定为比各个蓄电池的最大安全能量水平低20 %，由此确保蓄电池不会过度充电。在另一示例中，所述阈值水平可以选择在比蓄电池或蓄电池组的最大充电水平低20 %至5 %的水平。联合充电电流被增大到对储能包快速充电的适当电流。通过对储能包中的所有电池一起充电，经历较少的电阻，导致更有效的充电。在第五步骤45中，所述方法包括接收表示至少一个蓄电池的能量水平在第一阈值水平之上的信息。于是，所述方法包括从包含充电水平高的蓄电池的蓄电池组抽取能量， 由此联合充电可以持续较长时间。当充电水平继续上升时，所述方法包括减小流向储能包的联合充电电流。由此，降低了充电速率，使得损坏蓄电池的可能性减小。在第六步骤46中，所述方法包括在接收到表示至少一个蓄电池的能量水平在较高的第二阈值水平之上时终止对储能包供给联合充电电流。在该示例中，较高的第二阈值水平被设定为比各个蓄电池的最大安全能量水平低5%。由此，只要一个电池接近其最大能量水平就终止储能包的联合充电，这进一步减小了损坏的风险。在另一示例中，第二阈值可以选择在比蓄电池或蓄电池组的最大充电水平低15 %至3 %的水平。在第七步骤47中，所述方法包括以单独的电压/电流分支的形式对至少一个蓄电池组、在该示例中对储能包中的大多数蓄电池组的正极和负极输送电压和电流。第七步骤还包括通过向至少一个蓄电池组的正极和负极输送单独的电压和电流来对多个蓄电池组个别且独立地充电。在该示例中，各蓄电池组仅包括一个蓄电池，由此各电池被个别地充电。蓄电池组的个别充电可以在联合充电电流在步骤45中减小和/或在步骤46中终止之后开始。在该示例中，输送到各蓄电池组的单独的电压和电流具有与分到各蓄电池组的联合充电电压对应的初始最大值。基于接收到与各电池的各自能量水平有关的信息，减小各个单独的电压的大小直到蓄电池充满电。于是，各个单独的电压可以被设定为等于充满电的电池的电压，由此不会发生对电池充电和从电池抽取能量。可选地，可以关闭输送装置， 使得电池的正极和负极之间不再有任何连接。这例如可以通过控制装置、输送装置或两者的组合进行。在第八步骤48中，当储能包中的所有或近乎所有蓄电池充满电时，终止对电池输送各个单独的电压和电流。可选地，可以通过断开控制系统与外部电网的连接来终止各个单独的电压和电流。在第九步骤49中，操作员决定驱动车辆，由此所述方法包括通过各电池联合向一个或多个电动马达提供储能包联合电压和电流来从储能包将电能提供给电动马达。可选地，所述方法还可以包括控制从电能储能包到电动马达的电力供给。在第十步骤50中，所述方法包括感测至少一个蓄电池组的较低充电水平。所述方法还包括感测储能包中的至少大多数蓄电池组的平均充电水平并且将感测到的各个蓄电池的充电水平与平均充电水平进行比较。于是，所述方法包括从充电水平比平均充电水平高的至少一个蓄电池组抽取能量。所述方法还包括通过以单独的电压/电流分支的形式输送电压和电流来向充电水平比平均充电水平低的至少一个蓄电池组提供能量，由此平衡储能包。所述方法还包括避免对平均能量水平接近储能包的平均能量水平的蓄电池组输送能量。由此，能量水平低的蓄电池组被充电，而能量水平高的蓄电池组放电，导致储能包中的蓄电池的能量水平平衡。在该示例中，在负载运行状态下进行平衡，由此储能包在其整个使用过程中不断地被平衡。在该示例中，在电力消耗较少的运行条件期间，对蓄电池组输送能量。当驱动车辆时，存在不需要供给额外的动力的时间，诸如当沿着坡道向下行驶或类似情况时。通过在低能量消耗时期平衡储能包，很少要求提供高能量输出的电压/电流分支。通过在车辆实际使用期间不停地平衡储能包，具有最低性能的蓄电池的充电水平被不断地恢复，由此储能包所能供给的总能量可以大幅度增加。在第十一步骤51中，在驾驶员使车辆减速的情况下，所述方法包括电动马达作为发电机而不是电动机被操作。由此，所述方法包括从通常由电能储能包供电的外部负载接收再生的电力。所述方法还包括平衡储能包中的各个蓄电池的能量水平。所述平衡可以包括通过对具有最低能量水平的至少一个蓄电池组的正极和负极分别输送单独的电压和/ 或电流来对储能包中的至少一个蓄电池组充电，所述蓄电池组处于具有储能包中的蓄电池组的最低能量水平的状态。由此，利用根据车辆的减速所再生的能量对具有最低能量水平的蓄电池组、在该示例中为各个蓄电池充电。通过单独地为蓄电池组输送能量，还能够容易地避免使用可能会损坏蓄电池组的太强电流进行充电。在第十二步骤52中，所述方法包括接收表示至少一个电能蓄电池组、在该示例中是各个蓄电池中的能量水平低于第三阈值水平的信息。第三阈值水平优选地设定在电池的最大程度充电时的能量水平的至15%的范围内。在该示例中，0%水平被认为是电池发生损坏或由于其它原因变得不能操作之前的最小充电水平。第十二步骤52还包括以单独的电压/电流分支的形式将单独的电压输送到储能包中包括连接的蓄电池的至少一个蓄电池组的正极和负极。在该示例中，单独的电压的大小与蓄电池的供电电压对应。通过对通常将电池供给的电能输出的正极和负极输送电压， 防止从电池供给能量，使得不能再从电池抽取能量。而改为从对电池供给电压的输送装置抽取能量。由此，具有低能量的电池实际上不用于对外部负载提供能量，由此在允许储能包继续操作的状态下降低了损坏电池的风险。第十二步骤52还包括从储能包接收联合电流，并且使联合电流的部分能量返回到输送装置并且回到蓄电池。由此，由于联合电流部分返回到储能包，减少了从储能包提供给电动马达的总体联合电流。通过向蓄电池输送单独的电压，蓄电池在驱动车辆的状态下也被充电，这使得储能包变得平衡。在第十三步骤53中，所述方法包括接收表示整个电能储能包中的能量水平低于第四阈值水平的信息。第四阈值水平可以例如在充满电的储能包的能量水平的5% -20% 的范围内。所述方法还包括基于该信息减少由电能储能包供给的电力。在第十四步骤M中，所述方法包括检测至少一个蓄电池组或蓄电池处于错误条件。错误条件可以是非常低的能量、太低或太高的温度、或者蓄电池可能经受的其它不期望的条件。所述方法还包括根据条件的检测结果产生表示储能包中的至少一个蓄电池组处于失效或近乎失效的条件下的错误信息。所述方法还包括控制储能包从而减少由储能包供给的最大电力。由此，例如车辆的驾驶员可能不再全速和/或加速驾驶，但仍能够驾驶到马路的边缘以避免事故。所述方法还包括检测蓄电池、和/或车辆和/或电器是否存在致命错误。致命错误的一个示例是车辆发生事故。所述方法还包括产生紧急信号并且响应于该信号关掉储能包中的至少大多数蓄电池。优选地，所述方法还包括断开蓄电池组或各个蓄电池的彼此连接。由此，显著地减小了车辆中的最高电压，以使由于触电导致的人身伤害最小化。在第十五步骤55中，操作员决定停止使用车辆或设备，由此所述方法包括关掉来自储能包的电力供给，结束所述方法。
本发明不限于所示出的示例，而可以在所附权利要求书的框架内自由地变化。特别地，示出的不同实施方式和示例可以彼此自由地混合，并且类似地，对于在本发明的范围内实施例，在特定的示例中示出的全部特征都依次存在是不必要的。本发明还可以用在具有用于储能的储能包的各种设备中，诸如机械、工具、车辆、建筑物等。
权利要求
1.一种控制系统，用于控制包括多个蓄电池(9)的储能包(7)，所述蓄电池用于储能并且所述储能包中的至少大多数蓄电池联合地利用储能包联合电压和电流将所储能量作为电能进行供给，所述控制系统的特征在于，所述控制系统包括多个输送装置(17)，分别用于与包括所述储能包中的至少一个蓄电池的蓄电池组 (10a-d)电连接；以及至少一个供电模块(37)，其被配置成使所述多个输送装置相互电连接，其中，所述多个输送装置中的至少大多数各自用于处理其所电连接的蓄电池组和所述供电模块之间的能量交换。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述多个输送装置(17)中的至少大多数各自被配置成独立于与所述供电模块连接的其它输送装置而处理所述能量交换，并且所述控制系统还包括控制装置(15)，所述控制装置被配置成对各所述输送装置以及所述能量交换的处理进行个别且独立的控制。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述控制装置(1 被配置成接收与蓄电池组的当前充电水平有关的信息，并且控制与充电水平比所述储能包的平均充电水平高的蓄电池组连接的至少一个输送装置，以从其所连接的蓄电池组向所述供电模块转移能量。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述控制装置(1 被配置成在利用联合再充电电压和电流对所述储能包再充电期间，控制所述至少一个输送装置以向所述供电模块转移能量。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述供电模块包括第一电力线(2)和第二电力线G)，所述第一电力线和所述第二电力线与所述多个输送装置中的至少大多数连接并且使所述多个输送装置中的至少大多数相互电连接。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述供电模块包括连接在所述第一电力线和所述第二电力线之间的电容器(38)。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述多个输送装置(17) 中的至少大多数各自包括转换器(23)，所述转换器包括具有分别用于与蓄电池组的负极和正极连接的两个触点的第一端子。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述转换器03)包括具有分别与所述第一电力线和所述第二电力线连接的两个触点的第二端子，其中所述转换器被配置成将公用的输送电压转换成其所连接的蓄电池组的单独的输送电压，以及将其所连接的蓄电池组的单独的输送电压转换成公用的输送电压。
9.根据权利要求7或8所述的控制系统，其特征在于，所述转换器是DC/DC转换器。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述供电模块(37)被配置成将公用的输送电压提供给所述多个输送装置，并且所述供电模块包括电压控制器(36)，所述电压控制器被配置成用于努力地将所述公用的输送电压保持在目标电压。
11.一种输送装置，其能够与包括多个蓄电池(9)的储能包连接，所述蓄电池用于储能并且将所储能量作为电能进行供给，所述输送装置的特征在于，所述输送装置(17)用于与包括所述储能包中的至少一个蓄电池的蓄电池组(10)以及供电模块(37)电连接，其中，所述供电模块用于还与多个类似的输送装置连接以使这些输送装置相互电连接，所述输送装置(17)用于处理其所电连接的蓄电池组和所述供电模块之间的能量交换。
12.根据权利要求11所述的输送装置，其特征在于，所述输送装置(17)被配置成与所述供电模块所连接的任何其它输送装置相互独立地处理所述能量交换。
13.根据权利要求11或12所述的输送装置，其特征在于，所述输送装置(17)用于 估算蓄电池组的当前充电水平，以及在获得表示其所电连接的蓄电池组的当前充电水平比所述储能包的平均充电水平高的信息时，从该蓄电池组向所述供电模块(37)转移能量。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的输送装置，其特征在于，所述输送装置(17)用于与第一电力线(2)和第二电力线(4)连接，所述第一电力线(2)和所述第二电力线(4) 属于所述供电模块并且使多个类似的输送装置相互连接。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的输送装置，其特征在于，所述输送装置包括转换器(23)，所述转换器包括具有分别用于与蓄电池组的负极和正极连接的第一触点和第二触点的第一端子。
16.根据权利要求14或15所述的输送装置，其特征在于，所述转换器包括具有分别与所述第一电力线和所述第二电力线连接的第一触点和第二触点的第二端子，其中所述转换器被配置成将通过所述第一电力线和所述第二电力线提供的公用的输送电压转换成蓄电池组的单独的输送电压，以及将蓄电池组的单独的输送电压转换成所述公用的输送电压。
17.根据权利要求15或16所述的输送装置，其特征在于，所述输送装置包括DC/DC转 换器。
18.根据权利要求11-17中任一项所述的输送装置，其特征在于，所述输送装置(17)用于从具有恒定的目标电压的所述供电模块接收公用的输送电压。
19.一种包括至少一个蓄电池的蓄电池组，所述蓄电池用于储能并且将所储能量作为电能进行供给，所述蓄电池组的特征在于，所述蓄电池组包括与所述蓄电池组连接的根据权利要求11-18中任一项所述的输送装置(17)。
20.一种供电模块，用于辅助控制包括多个蓄电池(9)的储能包(7)，所述蓄电池用于储能并且将所储能量作为电能进行供给，所述供电模块的特征在于，所述供电模块(37)用于与多个输送装置(17)电连接并且使所述多个输送装置(17) 相互电连接，所述多个输送装置各自用于与包括所述储能包中的蓄电池的蓄电池组电连接，其中，所述供电模块还用于允许所述多个输送装置(17)处理所述供电模块和这些输送装置各自所电连接的蓄电池组之间的能量交换。
21.根据权利要求20所述的供电模块，其特征在于，所述供电模块(37)用于允许所述多个输送装置中的至少大多数各自与其它输送装置相互独立地处理所述供电模块和各个蓄电池组(10)之间的能量交换。
22.根据权利要求20或21所述的供电模块，其特征在于，所述供电模块(37)用于允许与所述供电模块连接的任何一个输送装置(17)和与所述供电模块连接的任何其它输送装置之间的能量转移。
23.根据权利要求20-22中任一项所述的供电模块，其特征在于，所述供电模块(37)包括第一电力线(2)和第二电力线G)，所述第一电力线(2)和所述第二电力线(4)与所述多个输送装置中的至少大多数均连接以使这些输送装置相互电连接。
24.根据权利要求23所述的供电模块，其特征在于，所述供电模块包括连接在所述第一电力线和所述第二电力线之间的电容器(38)。
25.根据权利要求23或M所述的供电模块，其特征在于，所述供电模块包括电压控制器(36)，所述电压控制器(36)被配置成用于努力地将所述第一电力线和所述第二电力线之间的公用的输送电压保持在目标电压。
26.根据权利要求23-25中任一项所述的供电模块，其特征在于，所述供电模块(37)用于与各自包括转换器的多个输送装置连接，所述转换器包括具有第一触点和第二触点的端子，其中所述第一电力线⑵和所述第二电力线⑷分别用于与所述第一触点和所述第二触点连接。
27.—种控制装置，用于控制包括多个蓄电池(9)的储能包(7)，所述蓄电池用于储能并且将所储能量作为电能进行供给，所述控制装置的特征在于，所述控制装置(1 用于控制与包括所述储能包中的至少一个蓄电池的蓄电池组连接的多个输送装置(17)，并且控制所述多个输送装置以处理这些输送装置各自所连接的蓄电池组和被配置成使所述多个输送装置相互电连接的供电模块(37)之间的能量互换。
28.根据权利要求27所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置(1 用于对所述多个输送装置(17)中的至少大多数的每一个以及这些输送装置各自所连接的蓄电池组与所述供电模块之间的能量交换的处理进行个别和/或独立的控制。
29.根据权利要求27或观所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置(1 被配置成接收与蓄电池组的当前充电水平有关的信息，并且控制与充电水平比所述储能包的平均充电水平高的蓄电池组连接的至少一个输送装置(17)，以从该蓄电池组向所述供电模块(37)转移能量。
30.根据权利要求四所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置(1 被配置成在利用联合再充电电压和电流对所述储能包再充电期间，控制所述至少一个输送装置(17)以向所述供电模块转移能量。
31.根据权利要求27-30中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置(15)用于向所述多个输送装置中的至少大多数发送控制信号，以控制这些输送装置各自所包括的可控转换器03)。
32.根据权利要求27-31中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置(15)能够控制与所述供电模块连接的任何两个输送装置(17)，以在所述两个输送装置之间经由所述供电模块(37)转移能量。
33.一种控制方法，用于控制包括多个蓄电池的储能包，所述蓄电池用于储能并且将所储能量作为电能进行供给，所述控制方法的特征在于，所述控制方法包括利用输送装置在供电模块和包括所述储能包中的至少一个蓄电池的蓄电池组之间交换能量，其中，所述输送装置电连接在所述蓄电池组和所述供电模块之间，并且所述供电模块使多个所述输送装置相互电连接。
34.根据权利要求33所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括对多个输送装置中的至少大多数分别进行个别和/或独立的控制，以个别和/或独立地处理这些输送装置各自所电连接的蓄电池组和所述供电模块之间的能量交换。
35.根据权利要求33或34所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括 接收与蓄电池组的当前充电水平有关的信息，以及控制与充电水平比所述储能包的平均充电水平高的蓄电池组连接的至少一个输送装置，以从该蓄电池组向所述供电模块转移能量。
36.根据权利要求35所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括 利用联合再充电电压和电流对所述储能包再充电，以及在对所述储能包再充电期间，控制所述至少一个输送装置以从所述蓄电池组向所述供电模块转移能量。
37.根据权利要求33-36中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括在所述供电模块中设置第一电力线和第二电力线，所述第一电力线和所述第二电力线与所述输送装置连接以将公用的输送电压提供给所述输送装置，以及努力地将所述公用的输送电压保持在目标电压。
38.根据权利要求33-37中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括经由所述供电模块从任一输送装置向任何其它输送装置转移能量。
39.一种电动车辆或船舶，其特征在于，所述车辆或船舶包括根据权利要求1-10中任一项所述的控制系统。
全文摘要
本发明涉及用于控制储能包(7)的方法、控制系统(13)和控制装置(15)以及包括所述控制系统的车辆(1)。本发明还涉及输送装置(17)、设置有输送装置的蓄电池(9)和供电模块。
文档编号H02J7/00GK102428621SQ201080021936
公开日2012年4月25日 申请日期2010年3月18日 优先权日2009年3月18日
发明者T·伯格夫约德 申请人:瑞典电动马达有限公司