具有可變?nèi)萘康碾娏?yīng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有可變?nèi)萘康碾娏?yīng)系統(tǒng)（1），包含：-兩個電能儲存模塊（2），每個包含兩個連接端子和電能儲存元件；-互連接口（3），表現(xiàn)：-兩對輸入端子，每對以可移除的方式連接到儲存模塊的連接端子；-兩個輸出端子（301、302），所述互連接頭在所述兩個輸出端子之間形成并聯(lián)連接的兩個支路，每個支路包含電腦儲存元件和并聯(lián)連接的變阻器；-用于測量通過每個所述支路的電流的裝置；-控制電路，其根據(jù)所測電流控制每個所述支路的變阻器的電阻，以便維持通過它的強(qiáng)度在保護(hù)閾值以下。
【專利說明】具有可變?nèi)萘康碾娏?yīng)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過電能儲存元件對電路的供能，特別涉及通過電化學(xué)電池的電池組對移動的電氣器具如電動型車輛的供能。
【背景技術(shù)】
[0002]大量的分散的移動的電氣設(shè)備對其能量儲存呈現(xiàn)出特殊需求，對于這些器具的大多數(shù)而言導(dǎo)致不同的供電電壓和能量儲存容量。電池組的電化學(xué)電池的制造成本相當(dāng)高，電池組制造商一般選擇的方法是設(shè)計對于待供能的電器表現(xiàn)出特殊尺寸的電池組。因此，在多數(shù)情況下規(guī)模效應(yīng)是相當(dāng)有限的，從而對降低電池組制造成本和對其普及構(gòu)成阻礙。規(guī)模效應(yīng)的限制對于動力電池組是特別顯著的。
[0003]此外，考慮到最極端的工作情況來設(shè)計電池組的尺寸，因而對于用戶的日常使用而言，電池組通常是超尺寸的。例如，電動化的車輛的續(xù)航里程由其電池組的容量限定，通過串聯(lián)和并聯(lián)電連接的合適數(shù)量的電化學(xué)電池來設(shè)計該容量的大小。例如，對具有電動助力的自行車來說電池組可以設(shè)計為用于80km的續(xù)航里程的尺寸，而實際上用戶基于其日常使用每15km對其進(jìn)行再充電。因此，用戶購買相對于其實際使用來說更昂貴的超尺寸的電池組。
[0004]因此，需要能夠使各種電池組的電化學(xué)電池標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，以使得一方面能夠受益于各種應(yīng)用的規(guī)模效應(yīng)，另一方面能夠使電化學(xué)電池的數(shù)量適應(yīng)于用戶的實際需求。必須在保持需要最少的使用預(yù)防措施的系統(tǒng)以及由這種電源供能的電負(fù)載的直接可用性的同時獲得這些結(jié)果。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是解決一個或更多個這些缺陷。本發(fā)明從而涉及一種電力供應(yīng)系統(tǒng)，例如在所附權(quán)利要求中所限定的電力供應(yīng)系統(tǒng)。
[0006]而且，可以注意到，文件JP2001-086662描述了一種具有用于選擇性并聯(lián)連接幾個電能儲存模塊的互連接口的電力供應(yīng)系統(tǒng)。控制電路決定連接到接口的模塊的數(shù)量。根據(jù)確定的模塊數(shù)量管理負(fù)載的電力供應(yīng)。
[0007]此外，可以注意到，文件JP2008-118790描述了一種包含并聯(lián)連接的幾個支路的電力供應(yīng)系統(tǒng)。驅(qū)動電路控制由每個支路引向負(fù)載的電流，以便平衡各個支路的充電狀態(tài)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]通過在下文中的說明，憑借完全非限制的啟示，參考附圖，清楚地顯現(xiàn)本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點，其中:
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實現(xiàn)供電裝置的系統(tǒng)的示意圖；
[0010]圖2是可以連接到互連接口的電池組模塊的示意圖；
[0011]圖3是互連接口的驅(qū)動I旲塊的不意圖；[0012]圖4圖示了可以在本發(fā)明的框架內(nèi)使用的變阻器的實例；
[0013]圖5圖示了可以在本發(fā)明的框架內(nèi)使用的變阻器的另一實例；
[0014]圖6是互連接口的一部分的電氣圖的實例；
[0015]圖7是圖示了基于LiFePO4鋰離子型蓄電池實施的電池組的充電的圖表；
[0016]圖8是對電動車輛電機(jī)供電的電力供應(yīng)系統(tǒng)的使用循環(huán)的實例；
[0017]圖9圖示了在本發(fā)明的實施方式的實例中通過兩個晶體管的電流各自的強(qiáng)度；
[0018]圖10圖示了由與現(xiàn)有技術(shù)的電路并聯(lián)連接的兩個模塊各自汲取的電流強(qiáng)度；
[0019]圖11詳細(xì)示出了對于兩個第一工作循環(huán)在與圖9中相同的條件下通過兩個晶體管的電流各自的強(qiáng)度；
[0020]圖12圖示了在通過重復(fù)圖8的使用循環(huán)進(jìn)行放電時模塊的充電狀態(tài)的發(fā)展；
[0021]圖13是用于互連接口的晶體管的冷卻系統(tǒng)的實例的示意性截面圖；
[0022]圖14圖示了在圖11中所示的工作時工作最多的晶體管的結(jié)溫和功率；
[0023]圖15圖示了在使用循環(huán)的重復(fù)中工作最多的晶體管的各種溫度；
[0024]圖16是根據(jù)本發(fā)明的供電裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實現(xiàn)供電裝置的系統(tǒng)I的示意圖。系統(tǒng)I包含待供電的電負(fù)載5，例如車輛的電動機(jī)。此外，系統(tǒng)I包含具有直流電壓源的供電裝置和逆變器4。具有直流電壓源的供電裝置向逆變器4的兩個第一端子施加其輸出電壓。逆變器4的兩個第二端子(用于單相交流電源)連接到負(fù)載5。
[0026]供電裝置典型地是可以放出大于15A的電流強(qiáng)度同時施加至少等于20V的電壓的電源裝置。在此情況下，具有直流電壓源的供電裝置包含內(nèi)置于箱6的互連接口 3。此外，具有直流電壓源的供電裝置包含形成直流電壓源的幾個模塊。在此情況下，供電裝置包含安裝在箱6內(nèi)部并旨在連接到互連接口 3的兩個模塊2a和2b。模塊2a和2b包含同一標(biāo)稱電壓。如之后將詳細(xì)說明的，互連接口 3使得即使在具有不同的充電狀態(tài)的情況下也能將模塊2a和2b并聯(lián)連接而不需特別的預(yù)防措施，同時盡管如此也防止這些模塊老化或防止由過大的充電或放電電流導(dǎo)致的爆炸損壞。因此，最終用戶可以以可變的方式使電能儲存系統(tǒng)的容量適合，而沒有對車輛供電的不連續(xù)。
[0027]圖2示出了可以在根據(jù)本發(fā)明的供電裝置中使用的模塊結(jié)構(gòu)2的實例。在本身已知的方式中，模塊2包含其中封裝了電化學(xué)電池22的箱21。在此情況下，電化學(xué)電池22串聯(lián)連接在模塊2的端子23和24之間。用于免受電流浪涌的影響的裝置28在端子23和24之間與電化學(xué)電池22串聯(lián)連接。在車輛牽引應(yīng)用中，端子23和24之間的電勢差典型地是至少等于20V，通常大于30V。在本身已知的方式中，保護(hù)裝置28可以是額定的保險絲，以便保護(hù)電化學(xué)電池22免受電流浪涌的影響。此外，模塊2包含用于管理電化學(xué)電池的裝置
26。該管理裝置26例如設(shè)置為測量模塊2的一定數(shù)量的工作參數(shù)，例如其內(nèi)部溫度、電化學(xué)電池的充電狀態(tài)或跨越電化學(xué)電池端子的電壓。管理裝置26還可以設(shè)置為通過通信端子25將一定量的信息，例如保護(hù)裝置28的斷開強(qiáng)度或各種工作參數(shù)，傳遞到外部電路。此夕卜，模塊2有利地包含可以連接到公共電網(wǎng)的再充電電路27，以便進(jìn)行電化學(xué)電池22的再充電。再充電電路27還可以是與模塊2分開的元件，通過電源連接可連接到模塊2。[0028]圖3示出了可以在根據(jù)本發(fā)明的供電裝置中使用的互連接口 3的實例?；ミB接口3包含用于對要求并聯(lián)連接的各個模塊2進(jìn)行連接的成對的輸入端子。每對端子包含分別旨在連接到模塊2的端子23和24的端子303和端子304。在此情況下，端子303a和304a連接到模塊2a，端子303b和端子304b連接到模塊2b。
[0029]互連接口 3包含一對輸出端子301和302，供電裝置的電勢差施加在所述輸出端子之間。因此，端子301和302連接到逆變器4的第一輸入。
[0030]互連接口 3設(shè)置為選擇性地將端子303連接到端子301，將端子304連接到端子302。因此，模塊2根據(jù)用戶的選擇并聯(lián)連接在端子301和302之間。端子301和每個端子303之間的電連接包含串聯(lián)的變阻器312，由電流探頭311測量通過變阻器312的電流強(qiáng)度。在此情況下，變阻器312a連接在端子301和端子303a之間，電流探頭311a測量通過變阻器312a的電流，變阻器312b連接在端子301和端子303b之間，電流探頭311b測量通過變阻器312b的電流。因此，對于連接的每個模塊2，供電裝置形成在端子301和302之間的并聯(lián)支路，其中模塊2和變阻器312串聯(lián)連接。
[0031]控制電路310恢復(fù)由探頭311所提供的電流測量，并驅(qū)動變阻器312的電阻值?？刂齐娐?10連接到通信端子305，以便能夠與模塊2的管理裝置26通信。在這里，端子304直接連接到端子302?；ミB接口 3包含通信端子306。該通信端子306使控制電路310能夠與負(fù)載5的控制器，例如與管理由負(fù)載5汲取的電力的逆變器4的控制器進(jìn)行通信。
[0032]箱6可以用于保護(hù)互連接口 3和模塊免受外部攻擊。箱6還可以用于允許模塊的引導(dǎo)，直到其端子23、24和25分別與互連接口 3的端子303、304和305互相連接。
[0033]根據(jù)由探頭311進(jìn)行的電流的測量，控制電路310維持通過每個支路的電流強(qiáng)度在保護(hù)閾值以下。因此，控制電路驅(qū)動相關(guān)支路的變阻器312所展現(xiàn)的電阻。例如，控制電路310可以實施調(diào)節(jié)回路，以使通過相關(guān)支路的電流從屬于低于保護(hù)閾值的設(shè)定點電流?？刂齐娐?10可以實施用于模塊2的放電的保護(hù)閾值。利用變阻器，例如圖4中所示的變阻器，由通過一個或更多個其他變阻器的放電電流的限制來確保充電電流的限制。利用變阻器312，例如圖5中所示的變阻器，可以由電路310控制同一變阻器以實施不同值的模塊2的放電的保護(hù)閾值和該模塊2的再充電的保護(hù)閾值。實際上，電化學(xué)蓄電池通常表現(xiàn)出遠(yuǎn)大于最大允許再充電電流的最大允許放電電流。
[0034]控制電路310可以實施以下操作，其中表現(xiàn)出高的充電狀態(tài)的模塊2可以進(jìn)行表現(xiàn)出低的充電狀態(tài)的另一模塊2的再充電?？梢栽谑褂霉╇娧b置時或休息階段進(jìn)行該充電平衡。休息的模塊2的充電平衡是尤其有利的，這是因為這使得能夠得益于休息期間以進(jìn)行平衡，從而限制變阻器312的發(fā)熱，所述變阻器312的發(fā)熱在使用供電裝置時更大。
[0035]在以下條件下維持變阻器312在其最小電阻值:
[0036]-如果所測的相關(guān)模塊2的放電電流小于該模塊的放電保護(hù)閾值；并且
[0037]-如果一組所測的其他模塊2的充電電流小于這些其他模塊的充電保護(hù)電流。
[0038]在以下條件下例如通過電流調(diào)節(jié)驅(qū)動變阻器312以便表現(xiàn)出增加的電阻值:
[0039]-如果所測的相關(guān)模塊2的放電電流達(dá)到該模塊的放電保護(hù)閾值；或者
[0040]-如果其他模塊2中之一的充電電流達(dá)到該其他模塊的充電保護(hù)閾值。
[0041]為了任選地限制變阻器312中之一的溫度，控制電路310可以向負(fù)載5的控制器發(fā)出限制功率的請求。當(dāng)注意到支路中的電流限制是無效的、該支路的變阻器312的溫度超過臨界閾值或當(dāng)發(fā)到負(fù)載5的控制器的降低功率的請求不起作用時，控制電路310可以有利地驅(qū)動該并聯(lián)的支路的斷開。
[0042]由于其電流限制功能，所提出的供電裝置使得能夠不需要特別的預(yù)防措施并在減少的時間內(nèi)連接表現(xiàn)出非常不同充電狀態(tài)的模塊2和表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)或非常不同設(shè)計的模塊。尤其在進(jìn)行模塊的使用前不需要預(yù)先的充電平衡。因此，通過在與過高的充電不一致連接時避免過大的充電或放電電流而限制模塊2的老化。即使通過負(fù)載5的電流涌入是高的，控制電路310也使得能夠保證低于保護(hù)閾值的電流經(jīng)過模塊2。該方面對于表現(xiàn)出比鉛電池組的內(nèi)阻抗低的內(nèi)阻抗的鋰離子型電池組是尤其有利的。此外，這種供電裝置使用戶能夠獲得期望數(shù)量的模塊2，從而能夠通過添加模塊使供電裝置的容量適合。因此，對于表現(xiàn)出不同容量的各種供電裝置將能夠使模塊標(biāo)準(zhǔn)化，從而使得能夠通過規(guī)模經(jīng)濟(jì)大大降低這種模塊的成本價格。此外，根據(jù)期望的用途，用戶將能夠選擇連接減少數(shù)量的模塊2，例如以便減輕供電裝置的重量。
[0043]在連接儲存模塊2時，控制電路310默認(rèn)情況下可以實現(xiàn)將通過該模塊的電流強(qiáng)度的限制到低保護(hù)閾值。此后，控制電路310可以通過端子305與模塊2通信?？刂齐娐?10尤其可以恢復(fù)由模塊2的管理裝置26提供的放電強(qiáng)度或再充電強(qiáng)度的最大值。一旦這些充電或放電值是已知的，控制電路310可以使相關(guān)變阻器312的充電保護(hù)閾值和放電保護(hù)閾值適合于合適的值。因此能夠在其完整的功率范圍內(nèi)使用模塊2。盡管如此，控制電路310使用比保險絲28的斷開閾值低的保護(hù)閾值。因此，變阻器312在相關(guān)保險絲28斷開前確保其模塊2的保護(hù)。
[0044]此外，控制電路310還可以與模塊2的管理裝置26通信，以確定在充電平衡時哪些模塊2必須按優(yōu)先級再充電。同樣地，控制電路310可以有助于特定模塊2的放電，例如在低溫放電時，如果其管理裝置26表明它們在低溫時尤其有效率。
[0045]有利地，控制電路310可以恢復(fù)或計算晶體管313的溫度值?？刂齐娐?10可以請求電負(fù)載5的控制器減少汲取的電能，以允許當(dāng)測量到過高的溫度時冷卻晶體管313。在晶體管313過熱的情況下，控制電路310可以驅(qū)動該晶體管的斷開，以暫時中斷電能損耗。
[0046]控制電路310還可以與電負(fù)載5的控制器通信，以提供以下信息:例如包含互連接口 3和模塊2的系統(tǒng)的放電容量、剩余的能量、充電和放電時可接受的最大功率、可能的缺陷的識別等。
[0047]圖4是可以根據(jù)本發(fā)明實施的變阻器312的第一變體的示意圖，在此情況下確保免受放電電流的影響。在這里，變阻器312包含MOS晶體管313。在這里，漏極/源極結(jié)串聯(lián)連接在輸入端子303和輸出端子301之間。晶體管313的漏極/源極電阻值通過由控制電路310施加的電勢差Vgs的幅度來限定。為了進(jìn)行通過晶體管313的電流的調(diào)節(jié)，控制電路310以線性的方式驅(qū)動所述晶體管313，以在電流接近保護(hù)閾值時增加其電阻。控制電路310可以對放電電流應(yīng)用保護(hù)閾值。為了保護(hù)相應(yīng)的模塊免受充電電流的影響，控制電路310限制其他模塊的放電電流。
[0048]圖5是可以根據(jù)本發(fā)明實施的變阻器312的第二變體的示意圖，能夠確保免受充電電流和放電電流的影響。在這里，變阻器312包含頭對尾串聯(lián)安裝在輸入端子303和輸出端子301之間的兩個MOS晶體管313和314。每個晶體管313或314的漏極/源極電阻值通過由控制電路310施加的電勢差Vgs的幅度來限定。這種變阻器312有利地使得能夠獨立地控制通過晶體管313的放電保護(hù)閾值和通過晶體管314的充電保護(hù)閾值。根據(jù)該變體，控制電路310不必再協(xié)調(diào)模塊2各自的充電和放電。實際上，自動地限制模塊2的充電電流，而不必干涉具有更高充電狀態(tài)的另一模塊2的放電電流的調(diào)節(jié)。然后，獨立的控制電路可以與每個模塊2相關(guān)聯(lián)。然后，類似的驅(qū)動器可以以降低的成本和相當(dāng)大的魯棒性用于變阻器312。此外，這種變阻器的使用任選地使得能夠省去模塊2內(nèi)部獨立的電流控制。
[0049]如之后詳細(xì)說明的，圖4和5的結(jié)構(gòu)的使用使得能夠通過控制電路310的適當(dāng)驅(qū)動來組合變阻器312和安全隔離器的功能。
[0050]在圖6所示的實例中，控制電路310包括微控制器315。圖6是顯示了由該微控制器315驅(qū)動變阻器的電氣圖的實例。在此情況下，變阻器312包含兩個成對的MOS晶體管313a和313b。在此情況下，互連接口表現(xiàn)出保護(hù)二極管323、雙極型晶體管324、第一驅(qū)動晶體管321和第二驅(qū)動晶體管322。只要通過模塊2的電流沒達(dá)到保護(hù)閾值，微控制器315就保持晶體管321閉合。然后，晶體管313a和313b以最小漏極/源極電阻閉合。當(dāng)微控制器要求使用晶體管313a和313b的隔離器功能時，它閉合晶體管322，使得晶體管313a和313b斷開。通過憑借標(biāo)簽325在晶體管的柵極上施加適當(dāng)?shù)碾妷核?，微控制?15以線性的方式使用晶體管313a和313b。
[0051]還能夠設(shè)想不需要訪問微控制器315的后備的類似調(diào)節(jié)回路，以迅速地緩解該微控制器315的故障。
[0052]在至此詳細(xì)說明的實施方案中，變阻器312包含在互連接口 3中。然而，能夠設(shè)想模塊2包含與它們的電能儲存元件串聯(lián)連接的變阻器，然后憑借端子25和305由控制電路310驅(qū)動這些變阻器312。
[0053]圖7圖示了包含串聯(lián)連接的LiFePO4型電池(在此情況下數(shù)量為12)的模塊2的充電圖。模塊2的充電包括相對于低充電狀態(tài)、例如其在0和10%之間的充電狀態(tài)的位于24和37.8V之間的第一范圍P1。模塊2的充電包括基本上為平臺形并對應(yīng)模塊2的中等充電狀態(tài)、例如在10和95%之間的充電狀態(tài)的位于37.8和39.6V之間的第二范圍P2。模塊2的充電包括相對于高充電狀態(tài)、例如在95和100%之間的充電狀態(tài)的位于39.6V和44.4V之間的第三范圍P3。本發(fā)明證明是特別適合于包含這種電化學(xué)電池的模塊。事實上，對于中等充電狀態(tài)(很大范圍的充電狀態(tài))，具有非常不同的充電狀態(tài)的兩個模塊具有差別相當(dāng)小的跨過它們的端子電勢差。因此，在電能涌入時充電最多的模塊2的變阻器中消耗的電能保持相當(dāng)受到這種類型的電化學(xué)電池的限制。
[0054]圖8圖示了用于機(jī)動化兩輪車的電機(jī)的電力供應(yīng)系統(tǒng)的典型參考使用循環(huán)。該循環(huán)包括放電峰、恒定平均的放電、再生的再充電以及沒有電力供應(yīng)的時期。
[0055]在以下實施例中，基于該循環(huán)使用通過互連接口 3并聯(lián)連接的兩個模塊2 (包含LiFe04型的電化學(xué)蓄電池)、具有20%的充電狀態(tài)的第一模塊、完全充電的其他模塊來呈現(xiàn)模擬結(jié)果。在此情況下，所用的變阻器312是圖4中所述類型。
[0056]圖9圖示了在前四個循環(huán)內(nèi)通過兩個晶體管的各自的電流強(qiáng)度。虛線對應(yīng)于通過充電最多的模塊的變阻器的強(qiáng)度，點線對應(yīng)于通過充電最少的模塊的變阻器的強(qiáng)度。以更詳細(xì)的方式在圖11中示出在前兩個循環(huán)內(nèi)的這些強(qiáng)度。負(fù)強(qiáng)度對應(yīng)于相應(yīng)模塊的再充電。實線對應(yīng)于端子301和302之間的電勢差。注意到，在電力峰時，充電最多的模塊的貢獻(xiàn)比充電最少的模塊大。然而，在該峰時，充電最多的模塊的放電強(qiáng)度保持受限于低于60A的放電保護(hù)閾值的值。在平均放電時，充電最少的模塊也對放電電流貢獻(xiàn)較小的程度。此外，在沒有電力供應(yīng)的時期，充電最多的模塊使充電最少的模塊再充電。同樣地，在再生的再充電時，優(yōu)先對充電最少的模塊再充電。圖12圖示了這些模塊的充電狀態(tài)通過重復(fù)試驗循環(huán)的發(fā)展。充電狀態(tài)在持續(xù)時間內(nèi)會聚，此外充電最少的模塊的充電狀態(tài)保持足以避免其損壞。
[0057]通過重復(fù)循環(huán)直到充電平衡，相對于提供的466Wh的總能量，已經(jīng)注意到在充電最少的模塊的變阻器中由焦耳效應(yīng)造成的3.Sffh的損耗，已經(jīng)注意到在充電最多的模塊的變阻器中IWh的損耗。因此，即使充電狀態(tài)有相當(dāng)大的差異，通過變阻器的電能損耗也被限制到所提供能量的約1%。損耗的主要部分發(fā)生在電能峰時，其具有相當(dāng)有限的占空比。
[0058]通過比較，圖10圖示了當(dāng)兩個模塊與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電路并聯(lián)連接時，在第一試驗循環(huán)中通過兩個模塊的電流強(qiáng)度。注意到，充電最多的模塊在電能峰時進(jìn)行超過其可允許的放電強(qiáng)度的放電。此外，注意到充電最少的模塊在對負(fù)載沒有電力供應(yīng)時進(jìn)行超過其可允許的再充電強(qiáng)度的再充電。
[0059]圖13是用于互連接口 3的變阻器的冷卻系統(tǒng)330的實例的示意性截面圖。所示的冷卻系統(tǒng)330為了可讀性原因被簡化，并承擔(dān)僅兩個變阻器的冷卻。在圖4所示類型的情況下，變阻器是在每個變阻器中并聯(lián)連接的兩個晶體管。冷卻系統(tǒng)330包括熱能吸收板332。第一板332設(shè)置在晶體管313c和313d下方。第二板332設(shè)置在晶體管313e和313f下方。熱油脂331—般置于板332和晶體管313c、313d、313e、313f之間。板332固定在散熱器334上。電絕緣并導(dǎo)熱的層333接觸地置于板332和散熱器334之間。絕緣層333可以是以商業(yè)參考SilPad分售的產(chǎn)品。
[0060]板332的尺寸制造為在電力峰時迅速吸收變阻器所產(chǎn)生的的熱能。因此，板332的目的是避免變阻器突然升溫，以及目的是將變阻器的熱能傳導(dǎo)到散熱器334。例如，所述板可以由金屬體塊形成。
[0061]散熱器334設(shè)置為使晶體管313c、313d、313e、313f所產(chǎn)生并由板332所傳輸?shù)臒崮芎纳?。散熱?34的尺寸制造為使晶體管313c、313d、313e、313f所產(chǎn)生的平均熱能耗散。因此，散熱器334的目的是保持晶體管的平均溫度低于一定水平。
[0062]對于其中在漏極水平進(jìn)行熱耗散的晶體管313c、313d、313e、313f，層333使得能夠使晶體管的漏極與兩個變阻器隔離，所述變阻器容易表現(xiàn)出不同的電勢。為了有助于晶體管和板332之間的熱傳遞，熱油脂331可以是導(dǎo)電型的，然后板332處于與其相關(guān)的晶體管的漏極的電勢。
[0063]圖14圖示了在前兩個工作循環(huán)時工作最多的晶體管的結(jié)溫和功率。已經(jīng)以45°的環(huán)境溫度進(jìn)行了模擬。
[0064]圖15 —方面圖示了該晶體管的結(jié)溫(虛線)，另一方面圖示了其板332的溫度(點線)，還有散熱器334的溫度(實線)。注意到，隨著循環(huán)的重復(fù)，結(jié)溫保持低于125°的閾值，模擬的晶體管的最大可允許的結(jié)溫為175°。
[0065]為了安全，能夠憑借控制電路310通過測量通過晶體管313c、313d、313e、313f的電流、跨過它們的端子的電壓和環(huán)境溫度來估計它們的結(jié)溫。
[0066]此外，本發(fā)明涉及一種電力供應(yīng)裝置，其包含在其各個結(jié)構(gòu)元件之間的功能分布。圖16示出了這種電力供應(yīng)裝置的示意圖。此處所示的電力供應(yīng)裝置表現(xiàn)出互連接口 3、所述互連接口 3固定到的箱6和模塊2a和2b。[0067]模塊2a和2b—方面包含箱,另一方面包含電能儲存兀件。具體地,模塊2b包含箱210b和電能儲存元件220b。箱210b包含連接設(shè)備(端子23、24和25)和用于模塊200b的監(jiān)控電路。儲存元件220b以可移除的方式容納在箱210b中，并包含電化學(xué)電池和用于管理電池26b的裝置。考慮到容納各種類型的儲存元件，箱210b可以表現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)的形狀系數(shù)。特別是箱210b可以作為儲存元件和互連接口 3之間的適配器。
[0068]在預(yù)期的功能中，可以具體地舉出以下功能:
[0069]-電化學(xué)電池電壓和溫度的測量；
[0070]-通過模塊的電流的測量；
[0071]-如果發(fā)生以下使模塊安全:
[0072]充電/放電電流太高；
[0073]電化學(xué)電池的電壓太高/太低；
[0074]溫度太高/太低；
[0075]-模塊充電結(jié)束的管理；
[0076]-模塊中剩余能量的計算；
[0077]-模塊所能提供/吸收的電能的計算；
[0078]-為了保修模塊的使用數(shù)據(jù)(運輸、儲存、使用)的記錄；
[0079]-與供能的電負(fù)載的通信(剩余能量、可用電能、警報/缺陷等)；
[0080]-每個模塊的放電電流的調(diào)節(jié)；
[0081]-模塊的管理以確保電負(fù)載的工作的連續(xù)性并減少損失。
[0082]能夠設(shè)想在模塊2中執(zhí)行以下功能:
[0083]-電化學(xué)電池電壓和溫度的測量；
[0084]-通過模塊的電流的測量；
[0085]-如果發(fā)生以下使電池安全:
[0086]充電/放電電流太高；
[0087]電化學(xué)電池的電壓太高/太低；
[0088]溫度太高/太低；
[0089]-模塊充電結(jié)束的管理；
[0090]-模塊中剩余能量的計算；
[0091 ]-模塊所能提供/吸收的電能的計算；
[0092]-為了保修模塊的使用數(shù)據(jù)的記錄。
[0093]能夠設(shè)想在互連接口 3中執(zhí)彳丁以下功能:
[0094]-與供能的電負(fù)載的通信(剩余能量、可用電能、警報/缺陷等)；
[0095]-每個模塊的放電電流的調(diào)節(jié)；
[0096]-模塊的管理以確保電負(fù)載的工作的連續(xù)性并減少損失。
[0097]可以通過通信總線(RS232、LIN、CAN或SP1、I2C型等，根據(jù)探頭311的位置)連接模塊2和互連接口 3。這種類型的分布使得能夠在模塊2的水平?jīng)]有或有很少熱管理。事實上，在電化學(xué)電池平衡時或者在電能通過管理裝置26的有功部分時，耗散的電能在一瓦特的數(shù)量級，而在每個模塊2的輸出電流的調(diào)節(jié)中耗散的電能可以達(dá)到幾十瓦特。
[0098]能夠設(shè)想在管理裝置26b中執(zhí)行以下功能，所述功能形成用于監(jiān)控電池并保持其安全的子集:
[0099]-電化學(xué)電池電壓和溫度的測量；
[0100]-如果發(fā)生以下使電池安全:
[0101]充電/放電電流太高；
[0102]電化學(xué)電池的電壓太高/太低；
[0103]溫度太高/太低；
[0104]-電池電壓的平衡。
[0105]能夠設(shè)想在監(jiān)控裝置200b中執(zhí)行以下功能，所述功能形成用于追蹤使用并計算性能和通信的子集:
[0106]-通過模塊的電流的測量；
[0107]-模塊中剩余能量的計算；
[0108]-模塊所能提供/吸收的電能的計算；
[0109]-為了保修模塊的使用數(shù)據(jù)的記錄。
[0110]功能的這種分布使得能夠使用用于保持電池安全的電路，所述電池與所述電路相關(guān)，并且以相對于供電裝置的其他部分獨立的方式運行。因此，通過使用集成于適配箱210b的監(jiān)控裝置200b更容易使現(xiàn)有的儲存元件適合于使其與互連接口 3兼容。
【權(quán)利要求】
1.具有可變?nèi)萘康碾娏?yīng)系統(tǒng)(1)，包含: -至少兩個電能儲存模塊(2)，每個包含相反極性的兩個連接端子和在所述兩個端子之間連接的電能儲存元件； -互連接口(3)，表現(xiàn): -至少兩對輸入端子，每對以可移除的方式連接到各自儲存模塊的連接端子； -用于電負(fù)載(4、5)的電力供應(yīng)的兩個輸出端子(301、302)，所述互連接口在所述兩個輸出端子之間形成并聯(lián)連接的至少兩個支路，每個支路包含所述電能儲存元件中的一個； 其特征在于: -由所述互連接口形成的每個所述支路包含與所述支路的電能儲存元件串聯(lián)連接的變阻器； -所述互連接口包含用于測量通過每個所述支路的電流的裝置； -所述互連接口包含控制電路，其根據(jù)所測電流控制每個所述支路的變阻器的電阻，以便維持通過它的強(qiáng)度在保護(hù)閾值以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力供應(yīng)系統(tǒng)(1)，其中所述電能儲存元件(22)是電化學(xué)蓄電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中所述電化學(xué)蓄電池是LiFePO4型的。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電力供應(yīng)系統(tǒng)(1)，其中每個所述變阻器(312)包含在所述互連接口(3)中，并且連接在各自的輸入端子(303)和輸出端子(301)之間。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中每個所述變阻器包含MOS晶體管(313)，其電阻通過由所述控制電路(310)施加?xùn)烹妷?源電壓來限定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中每個所述電阻器包含頭對尾串聯(lián)連接的兩個MOS晶體管(313、314)，所述兩個晶體管中每個的電阻通過由所述控制電路(310)施加?xùn)烹妷?源電壓來限定。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其包含散熱器(334)、熱耦合到所述散熱器(334)的兩個熱吸收元件(332)，每個熱吸收元件(332)熱耦合到各自的變阻器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5和7所述的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中所述熱吸收元件(334)通過導(dǎo)熱的并且電絕緣的層熱耦合到所述散熱器(332 )。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中所述控制電路(310)設(shè)置為當(dāng)相關(guān)模塊的放電電流通過變阻器(312)時，保持通過所述變阻器(312)的強(qiáng)度低于第一保護(hù)閾值，當(dāng)充電電流通過所述變阻器(312)時，保持通過所述變阻器的強(qiáng)度低于第二保護(hù)閾值，所述第一和第二保護(hù)閾值不同。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中所述控制電路(310)設(shè)置為在沒有連接到所述互連接口(3)的輸出端子(301、302)的電負(fù)載(5)時，允許表現(xiàn)較高充電狀態(tài)的模塊(2 )向表現(xiàn)較低充電狀態(tài)的模塊放電。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電力供應(yīng)系統(tǒng)(1)，每個所述支路包含與所述電能儲存元件(22)和變阻器(312)中之一串聯(lián)連接的保險絲(28)，保險絲的斷開閾值比所述保護(hù)閾值大。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電力供應(yīng)系統(tǒng)(I)，其包含保護(hù)箱(6 )，其中容納所述互連接口( 3 )的輸入端子(303a、304a、303b、304b )，所述保護(hù)箱(6 )通過滑動引導(dǎo)所述儲存模塊(2)，使得在其滑動移動末端的儲存模塊的連接端子(23、24)分別連接到所述互連接口(3)的一對輸入端子。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中所述模塊包含箱(210b)，其中以可移除的方式容納所述電能儲存元件(220b)，所述儲存元件包括電化學(xué)電池和用于這些電池的管理裝置(26b )，所述箱包括監(jiān)控裝置(200b )和將所述儲存元件電連接到所述模塊相反極的所述兩個連接端子的連接設(shè)備，其中: -所述管理裝置編程為實施以下功能:所述電化學(xué)電池的電壓和溫度的測量，如果發(fā)生過大的充電或放電電流時以及如果發(fā)生所述電化學(xué)電池的電壓太高或太低時使所述電池安全，所述電池的電壓的平衡； -所述監(jiān)控裝置編程為實施以下功能:通過所述儲存元件的電流的管理，所述儲存元件中剩余能量的計算，所述儲存元件的充電/放電電能的計算，所述模塊的使用數(shù)據(jù)的記錄。
【文檔編號】H02J7/00GK103779886SQ201310484810
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月18日
【發(fā)明者】馬蒂厄·德布瓦-勒諾丹, 勞倫特·卡尼爾, 克里斯多夫·列斐伏爾, 邁克爾·帕爾米耶里, 雷米·托馬斯 申請人:原子能和替代能源委員會