电动车的电池模块的荷电状态的均衡的制作方法

本发明涉及一种电动车，具有：多个标称模块电压相同的电池模块；确定设备，用于确定代表电池模块的荷电状态的至少一个电池状态参数；切换系统，其设计用于将各电池模块的电流路径单独地切换成导通的或阻断的；操控切换系统的能量管理系统。本发明也涉及一种用于均衡电动车的多个标称模块电压相同的电池模块的荷电状态的方法，在该方法中，确定代表电池模块的荷电状态的至少一个电池状态参数。本发明尤其是能够有利地应用于电驱动的摩托车和小型汽车。

背景技术：

1、对于电动车期望提供小且轻的电池，这些电池提供用于运行、尤其是驱动电动车的足够的电功率。然而，小且轻的锂离子电池模块仅能够提供相对小的电功率，因此其通常仅可在低性能的电动车中找到。

2、已知通过将各电池模块相互连接来提高所提供的电功率。在此出现如下问题，即，各电池模块可以具有不同的荷电状态，这例如可以不利地表现为偏离的模块电压，该偏离的模块电压可以这样大，使得各电池模块的相互连接由于这时出现的高的补偿电流而不能够实现。在使用dc/dc转换器时已知能够实现补偿在电动车的运行中的不同的模块电压，但dc/dc转换器需要大的结构空间并且此外是昂贵的。另一个可能性在于，在充电站处的共同充电过程期间通过单独的充电和放电来均衡各电池模块的荷电状态。

3、在ep 2 056 422 a1中公开的电储存器组的放电控制系统具有可再充电的多个电池单体，这些电池单体串联连接，并且放电导线从可再充电的电池单体与负载驱动供电电路连接。放电控制系统包括：电池单体电压检测单元，用于检测所述多个电池单体的相应的电池单体电压；开关组，该开关组包括多个开关，这些开关在所述多个电池单体之间接入；以及控制单元，该控制单元与通过电池单体电压检测单元的检测结果一致地表示电储存器组所具有的在可再充电的所述多个电池单体中具有最高电池单体电压的电池单体，并且该控制单元单个地接通/断开开关组的开关，以便实现从所述组的可再充电的电池单体至负载驱动供电回路的放电导线。

4、为了电子电路的能量供应，ep 2 879 266 a1公开一种用于可再充电的堆叠电池单体蓄能器的能量管理方法，该方法包括：监控在可再充电的堆叠电池单体蓄能器中的各个电池单体的状态参数；并且按照电池单体的状态参数选择性地连接电池单体与负载。

技术实现思路

1、本发明的任务在于，至少部分地克服现有技术的缺点并且尤其是提供能够简单并且价格便宜地实现均衡电动车的多个电池模块的荷电状态的可能性。

2、所述任务按照独立权利要求的特征来解决。优选的实施形式尤其是能够由从属权利要求得出。

3、所述任务通过一种电动车来解决，具有：

4、-多个电池模块，所述多个电池模块电并联连接并且具有相同的标称电池电压；

5、-确定设备，用于确定代表电池模块的荷电状态的至少一个电池状态参数；

6、-切换系统，该切换系统设计用于将各电池模块的电流路径单独地切换成导通的或阻断的；

7、-与确定设备耦接的并且操控切换系统的能量管理系统，该能量管理系统设计用于，

8、-当电池模块中的至少一个电池模块所具有的荷电状态明显低于电池模块中的另外的至少一个电池模块的荷电状态时，将具有较低荷电状态的所述至少一个电池模块的电流路径在电动车的行驶运行期间切换成阻断的，直至具有较高荷电状态的所述至少一个电池模块的荷电状态与具有较低荷电状态的所述至少一个电池模块的荷电状态已达到均衡，并且

9、-这时将具有之前较低荷电状态的所述至少一个电池模块的电流路径切换成导通的。

10、该电动车具有如下优点，即，能够以非常小的电路耗费实现各电池模块的荷电状态的均衡。此外，通过在行驶运行期间进行均衡，该均衡对于电动车的用户有利地实际上不可觉察地在后台实施。此外有利地实现所述均衡与用于对电池模块充电的充电过程无关。

11、电动车可以是混合动力车辆或全电驱动车辆。

12、所述电池模块在电动车中至少用于驱动该电动车并且因此也可以称为“驱动电池模块”。一种进一步扩展方案在于，电池模块附加地设置用于为用于运行其他消耗器(“辅助消耗器”)的至少一个电驱动马达供电，例如用于照明、显示、制动、转向等。除了这些电池模块之外，在一种进一步扩展方案中可以设置另外的仅用于为辅助消耗器供电的电蓄能器。

13、通过将各电池模块电并联连接，可提取的功率随着电池模块的数量提高，由此例如电动车的作用范围和/或其最大速度能够升高。

14、一个电池模块尤其是理解为可独立操作的电池单元，该电池单元能够例如经由对应的极与电动车的能量电网连接。一个电池模块可以具有一个或多个电池单体，各电池单体以基本上已知的方式适合地连接。各电池模块具有确定的标称模块电压和确定的标称功率。电池模块的实际模块电压能够经由其触点或极测量。尤其是也能够在行驶运行中测量其端电压。

15、一种进一步扩展方案在于，各电池模块具有相同的电化学类型。一种进一步扩展方案在于，各电池模块或在其中包含的电池单体是锂离子蓄能器，锂离子蓄能器有利地具有比其他商业可获得的蓄能器类型更高的比能量。

16、确定设备设计用于确定代表电池模块的荷电状态的至少一个电池状态参数。所述确定可以包括测量或可以是测量，在这种情况下，确定设备也可称为测量装置。但所述确定也可以包括由一个或多个测量值计算电池状态参数。确定设备例如可以包括用于将物理测量信号转变为数字测量值的ad转换器并且必要时包括数据处理设备如微处理器、asic、fpga等，以用于将测量数据进一步处理成由测量数据导出的数据。电池状态参数代表电池模块的荷电状态(也作为soc、“state of charge”已知)尤其是可以表示，由电池状态参数可以推断出荷电状态，例如可以计算或估计荷电状态。例如，当前的模块电压是合适的电池状态参数，因为模块电压随着较高的荷电状态同样提高并且因此模块电压可以用作用于荷电状态的直接度量。

17、切换系统尤其是包括多个可电操纵的开关、例如电子开关(例如晶体管)、机械切换的开关(例如继电器)等。

18、电池模块的电流路径可单独地切换成导电的或阻断的，尤其是包括：其电流路径被切换成导通的电池模块与电动车的电路或车载供电网电连接并且可供电动车用于供电。该电池模块这时是“耦合的”。其电流路径被切换成阻断的电池模块与电路电分离并且不可供电动车用于供电。该电池模块这时是“脱耦”的。用于可控制地切换成导通或阻断的能力例如可以这样实现，即，开关与所属的电池模块电串联地接线：如果该开关打开，则电路被隔开并且借此被切换成阻断的，在开关闭合时切换成导通的。这能够特别简单地实现。然而也可使用其他切换拓扑结构。

19、能量管理系统尤其是用于为车辆的电消耗器提供当前需要的电功率。

20、能量管理系统与确定设备耦合，尤其是包括：由确定设备确定的或查明的数据、例如测量数据(如模块电压等)和/或由此导出的数据(如荷电状态等)可以由能量管理系统用于操控切换系统。

21、能量管理系统可以操控切换系统，尤其是包括：能量管理系统可以对应地切换、例如可以打开或闭合切换系统的开关。

22、一个电池模块所具有的荷电状态“明显低于”另一个电池模块的荷电状态，尤其是可以表示，这些荷电状态(即，代表荷电状态的电池状态参数或由此导出的荷电状态soc本身)彼此之间的区别比预定公差大小更强。

23、将具有较低荷电状态的所述至少一个电池模块的电流路径在电动车的行驶运行期间切换成阻断的、亦即该至少一个电池模块与电动车的供电脱耦，引起，这时仅具有对此较高荷电状态的所述至少一个电池模块可供用于为电动车供应电能。接着在行驶运行中，仅具有较高荷电状态的所述至少一个电池模块通过至少一个电消耗器放电，由此该电池模块的荷电状态下降。

24、保持该状态直至具有较高荷电状态的所述至少一个电池模块的荷电状态与具有较低荷电状态的所述至少一个电池模块的荷电状态已达到均衡，包括，保持该状态直至所述荷电状态彼此之间的区别小于预定公差大小。当是这种情况时，将具有较低荷电状态的电池模块再次耦入或耦合到供电中。

25、一种设计方案在于，所述至少一个电池状态参数是电池模块的模块电压、尤其是电池模块的端电压。这是特别有利的，因为模块电压能够相对简单地测量，在电动车中经常已经测量并且模块电压此外构成用于荷电状态的可靠度量。在该情况下，电动车例如可以这样构成，使得确定设备是用于测量电池模块的模块电压的测量装置并且能量管理系统设计用于，

26、-当电池模块中的至少一个电池模块所具有的模块电压明显低于电池模块中的另外的至少一个电池模块的模块电压时，将具有较低模块电压的所述至少一个电池模块的电流路径在电动车的行驶运行期间切换成阻断的，直至具有较高模块电压的所述至少一个电池模块的模块电压与具有较低模块电压的所述至少一个电池模块的模块电压已达到均衡，并且

27、-这时将具有之前较低模块电压的所述至少一个电池模块的电流路径切换成导通的。

28、一种设计方案在于，电动车具有用于所述多个电池模块的至少一个接纳部，电池模块能够在用户侧从其接纳部中取出并且能够在用户侧充电。这样实现如下优点，即，荷电状态的均衡也能够单独地由用户或由借此授权的服务实例电池模块在没有其他成本的情况下实施。可以放弃在充电站、例如充电柱处对电池模块的共同充电。这对于不具有充电插座或感应充电接收器的电动车是特别有利的。这样的电动车由能够保持特别小、紧凑和价格便宜。尤其是，用户然后也能够在家中通过连接到家用电网中的、例如插入插座中的充电适配器对电池模块进行充电，而不需要例如充电墙盒。在电动车外对电池模块充电的另一个优点在于，电动车然后能够针对性也以少于最大数量的电池模块装备和运行。这能够避免携带“半空的”电池模块。

29、一种进一步扩展方案在于，电池模块可以一起提供至少11kw的电功率。这是有利的，以便使电动车能够带着至少一个或甚至多个用户、必要时也包括车辆载重量地在道路上轻松地随着行进的交通一起运动。

30、一种设计方案在于，单个的电池模块可以提供直至7kw的电(标称)功率。

31、一种设计方案在于，电动车是电驱动的摩托车。这能够特别有利地如上描述地设计，因为能够专门对于摩托车取出的并且能够在用户侧充电的电池模块帮助避免显著放大紧缺的结构空间。此外，由于电驱动的摩托车的重量小，少量的电池模块已经足够使得在道路交通中顺畅地一起行驶。

32、一种设计方案在于，电动车是电驱动的小型汽车。在这里，能够取出的并且能够在用户侧充电的电池模块也有助于保持紧凑的结构尺寸和便宜的构造。

33、一种设计方案在于，电动车具有一个用于正好两个电池模块的接纳部。这节省结构空间和成本。此外能够这样有利地保持特别小的用于电池管理系统的实现耗费。

34、一种进一步扩展方案在于，电动车具有用于多于两个电池模块的一个接纳部，这有利地提高可供电动车使用的电功率。在该情况下，电池模块能够同样分级地均衡、必要时按组均衡。这现在示例性地借助三个电池模块b1、b2和b3实施，这三个电池模块具有在其公差大小之外的不同荷电状态soc(b1)>soc(b2)>soc(b3)，这也能够通过模块电压v描述，这时对于这三个电池模块适用的是v(b1)>v(b2)+δv>v(b3)+δv，其中，δv是用于模块电压的公差大小。

35、在一种可能的均衡方案中，首先将电池模块b2和b3脱耦，从而电动车仅由电池模块b1供电。由此电池模块b1放电，直至适用v(b1)＝v(b2)+δv或直至适用v(b1)＝v(b2)。接着再次耦合电池模块b2，从而电动车现在由电池模块b1和b2供电。由此两个电池模块b1和b2放电，直至适用v(b1)＝v(b2)+δv＝v(b3)+δv或直至适用v(b1)＝v(b2)＝v(b3)。接着也将电池模块b3再次耦合到车载供电网上。该进一步扩展方案具有如下优点，即，在所有三个电池模块b1至b3上的电压差能够特别快速地降低。

36、在另一种可能的均衡方案中，首先仅将电池模块b3脱耦，从而电动车由电池模块b1和b2的组提供电能。由此，电池模块b1和b2放电，直至适用v(b2)＝v(b3)+δv或直至适用v(b2)＝v(b3)。接着将电池模块b2脱耦，从而电动车现在仅还通过电池模块b1供电。由此电池模块b1放电，直至适用v(b1)＝v(b2)+δv＝v(b3)+δv或直至适用v(b1)＝v(b2)＝v(b3)。接着将电池模块b2和b3再次连接到车载供电网上。该方案具有如下优点，即，在行驶运行的开始时有相对高的电功率可供使用，这例如在冷的环境温度时在起动时可以是有利的。

37、上述均衡方案可以类似地适配于多于三个电池模块。也还可以设置其他的均衡方案，这些均衡方案的复杂性可以随着可供能量供应使用的电池模块的数量升高。均衡方案也可以考虑不一样快的放电。

38、一种进一步扩展方案在于，用于模块电压的公差大小处于0.25v和0.75v之间的范围中，特别是为大约0.5v。

39、一种设计方案在于，各电池模块具有相同的(结构型式或类型决定的)标称功率。

40、一种设计方案在于，电池模块中的至少两个电池模块具有不同的标称功率。这可以是有利的，以便能够为用户实现灵活地适配其电动车的功率。在该情况下，均衡方案可以与电池模块的标称功率例如这样适配，使得在所测量的模块电压相同时，具有较小标称功率的电池模块在具有较高标称功率的电池模块之前或之后放电。

41、一种设计方案在于，能量管理系统设计用于将至少这样多的电池模块的电流路径切换成导通的，使得通过被切换成导通的电池模块能够满足电动车的功率要求。这是有利的，以便防止电动车的由行驶运行产生的需要的或要求的功率消耗也能够从电池模块提取，例如因为实施超车过程或上山行驶、接通消耗器、例如空调设备等。如果需要的功率消耗处于通过所述至少一个耦合的电池模块提供的功率之上，则可以中断均衡过程，其方式为例如耦合所有电池模块和/或可以在不同的均衡方案之间变换。在包括三个电池模块的上述示例中，例如可能存在如下情况，即，首先需要的功率通过一个电池模块覆盖，其中这时实施上述第一种均衡方案，在第一种均衡方案中仅耦合电池模块b1。如果现在需要的功率比通过电池模块b1提供的功率更多，则可以转换到上述第二种均衡方案，在第二种均衡方案中也耦合电池模块b2。如果这也不足够，则可以耦合所有三个电池模块b1至b3。如果接着功率要求再次下降，例如因为超车过程已结束或电动车进入缓慢行驶的交通中，则可以再次开始均衡过程等。

42、一种设计方案在于，所述至少一个接纳部装备有电池模块、尤其是所有电池模块。然而原则上仅部分的装备也是可能的，这减少电动车的重量。例如当装载小和/或预计的行驶路程短时，小型汽车可以装备少于最大可能数量的电池模块。

43、所述任务也通过一种用于均衡电动车的多个电池模块的荷电状态的方法解决，所述多个电池模块电并联连接并且具有相同的标称模块电压，在该方法中，在电动车的行驶运行期间：

44、-确定代表电池模块的荷电状态的至少一个电池状态参数；

45、-当电池模块中的至少一个电池模块所具有的荷电状态明显低于电池模块中的另外的至少一个电池模块的荷电状态时，将具有较低荷电状态的所述至少一个电池模块脱耦，直至具有较高荷电状态的所述至少一个电池模块的荷电状态与具有较低荷电状态的所述至少一个电池模块的荷电状态已达到均衡；并且

46、-这时将具有较低荷电状态的所述至少一个电池模块耦合。

47、所述方法可以类似于所述电动车地构成，反之亦然，并且具有相同的优点。