專利名稱：能量存儲(chǔ)器、尤其是蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含多個(gè)存儲(chǔ)單元的能量存儲(chǔ)器、尤其是蓄電池。
已知的是，具有多個(gè)存儲(chǔ)單元諸如電化學(xué)電池、電容器、BatC即等的能量存儲(chǔ)器、 尤其是蓄電池總是由相互連接的這種單元來構(gòu)造。其缺點(diǎn)是，這些存儲(chǔ)單元大多或者具有 突出的高能量特性，或者具有高功率特性。比如稱為電池組、電容器組等。根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的驅(qū) 動(dòng)電壓通過單元的串聯(lián)來進(jìn)行所述的相互連接。另外在此還應(yīng)在相應(yīng)的應(yīng)用中考慮所需的 能量容量和所需的功率數(shù)據(jù)。另外這種能量存儲(chǔ)器諸如蓄電池或電池組按照相互連接的單 個(gè)單元的類型針對(duì)所需的充放電過程一般通過電氣和/或機(jī)械的調(diào)節(jié)和控制回路而被監(jiān) 控，以保證該能量存儲(chǔ)器運(yùn)行可靠和耐用。在該能量存儲(chǔ)器的整體性能以及在能量容量與 輸出功率之間的最佳匹配上對(duì)于相應(yīng)的應(yīng)用存在著改善可能性。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn) 相反，本發(fā)明的能量存儲(chǔ)器、尤其是蓄電池所具有的優(yōu)點(diǎn)是，可以利用簡單的工具 來明顯改善該能量存儲(chǔ)器的整體性能。另外還可以實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)器的能量容量與輸出功率 的最佳匹配。尤其有利的是，整個(gè)能量存儲(chǔ)器的能量容量可以被大大提高，由此實(shí)現(xiàn)了壽命 延長，而在此在應(yīng)用中沒有明顯的高功率損耗?；谳^高能量容量的所述壽命延長是指被 充電的能量存儲(chǔ)器直至完全放電的應(yīng)用時(shí)間(放電周期)，而不是可實(shí)現(xiàn)的充-放電周期的 數(shù)目。其優(yōu)點(diǎn)是，本發(fā)明提供了不同存儲(chǔ)器技術(shù)的組合，其可以快速而有效地模塊化地組合 為整體存儲(chǔ)器，并同時(shí)綜合了在模塊中所包含的特定優(yōu)點(diǎn)。從而比如可以把高電流能力的 電化學(xué)存儲(chǔ)電池與高能量容量的存儲(chǔ)電池相連接。那么該總體配置有利地滿足了特定應(yīng)用 所需的功率特征，諸如總能量容量和電功率輸出。有利的是，在該能量存儲(chǔ)器或者在該電池 配置中可以采用例如針對(duì)尖峰功率或高能量容量而優(yōu)化的不同存儲(chǔ)單元或存儲(chǔ)電池。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和有利的擴(kuò)展方案參見從屬權(quán)利要求和說明。
有利的是，每個(gè)支路A、 B使用了多個(gè)相同類型的串聯(lián)連接的存儲(chǔ)單元。每個(gè)支路 A、B比如可以使用兩個(gè)、三個(gè)或更多串聯(lián)連接的存儲(chǔ)單元，其中在支路A、B中存儲(chǔ)單元的數(shù) 量可以是相同的或不同的。如果每個(gè)支路A、B設(shè)置有多個(gè)相同類型的串聯(lián)連接的存儲(chǔ)單 元，那么一個(gè)支路的存儲(chǔ)單元的類型優(yōu)選地是高功率電池，另一支路的存儲(chǔ)單元的另一類 型是高能量電池。從而獲得了能量存儲(chǔ)器的良好的整體性能，其滿足了對(duì)足夠容量和最大 放電電流的要求。 有利的是，支路A的存儲(chǔ)電池具有與另一支路B的存儲(chǔ)電池不相同的化學(xué)組成。在 此單個(gè)支路A、B的存儲(chǔ)容量是不同的。從而能夠以簡單的方式和方法來模塊化地構(gòu)建能量 存儲(chǔ)器，該能量存儲(chǔ)器則滿足了極其不同的要求。 非常有利的是，在支路A、 B的多個(gè)位置上存在并聯(lián)連接 (Parallelverschaltung)，其中為了支路A、 B的并聯(lián)連接而設(shè)置了至少一個(gè)有源或無源元 件。尤其該支路A的每個(gè)存儲(chǔ)電池都與另一支路B的存儲(chǔ)電池通過該元件相連接。從而通 過這些元件有利地產(chǎn)生了在支路之間良好的充電均衡、尤其在放電中的均衡，其中在靜止 間歇中則在整體配置的熱力平衡調(diào)節(jié)的方向上進(jìn)行充電均衡。該元件優(yōu)選是電阻，其電阻值處于約50毫歐至約500歐姆的范圍中。 作為可以非常簡單地被提供的，形成了一種配置，其中一個(gè)支路A具有作為高功 率電池HL的四個(gè)鋰電池作為存儲(chǔ)單元，另一支路B具有作為高能量電池HE的四個(gè)鋰電池 作為存儲(chǔ)單元。該支路A的四個(gè)鋰電池尤其可以是石墨/鋰(NMC)02 1.3Ah/18650HL，支路 B的四個(gè)鋰電池可以是石墨/鋰(NMC)02 2 . 6Ah/18650HE。通過三個(gè)并聯(lián)電阻，支路A的每 個(gè)存儲(chǔ)電池與另一支路B的存儲(chǔ)電池相連接。除了每個(gè)支路四個(gè)鋰電池之外，也可以采用 更多或更少的電池。 有利的是，每個(gè)支路采用了不同特性和/或不同化學(xué)組成的鋰電池組合。在此單
個(gè)支路A、B的存儲(chǔ)容量由于化學(xué)組成并尤其由于機(jī)械物理電池構(gòu)造而是不同的。從而可以
以簡單的方式和方法來模塊化地構(gòu)建能量存儲(chǔ)器，其滿足了最大不同的要求。 在有利的實(shí)施中， 一個(gè)支路A可以具有六個(gè)高功率電池HL作為存儲(chǔ)單元，另一
支路B可以具有五個(gè)高能量電池HE作為存儲(chǔ)單元。該支路A的六個(gè)鋰電池尤其可以是
石墨/LiFeP04 HL 1. 2Ah/18650HL電池，該支路B的五個(gè)鋰電池可以是石墨/Li (NMC) 02
2. 6Ah/18650HE電池。 有利的是進(jìn)行不同構(gòu)造類型的鋰電池的組合。從而該支路A的四個(gè)電池可以是石 墨/Li (順002袋式電池(pouch cell)1.55Ah HL電池，該支路B的四個(gè)電池可以是石墨/ Li(NMC)022 . 6Ah/18650HE電池。其優(yōu)點(diǎn)原則在于，還能夠?qū)⒆畲蟛煌碾姵貥?gòu)造形式所顯 現(xiàn)的性能進(jìn)行組合。其自由度迄今還未被利用。 如果把不同技術(shù)的高功率電池HL和高能量電池HE進(jìn)行組合，那么這是非常簡單 和有效的。該支路A尤其可以具有三個(gè)高功率電池HL，另一支路B可以具有一個(gè)唯一的高 能量電池HE。如果該支路A的三個(gè)高功率電池是NiMH HL 2. 6Ah/Sub-C，并且另一支路B 的該唯一的高能量電池是C/LiFeP04HE 2Ah/18650，那么就得到了一種有效的實(shí)施。在此能 夠把全部的不同的電池系統(tǒng)相互連接，如將鎳電池與鋰電池相互連接。相對(duì)于僅采用鎳電 池尤其獲得了體積上的優(yōu)點(diǎn)。從可實(shí)現(xiàn)的充電算法上看，這種組合也是非常有益的。確切 地說，也可以把HE鎳電池與HL鋰電池相組合。 已成功證明的是，在這些存儲(chǔ)單元以及相應(yīng)支路A、 B的類型中采用了以下存儲(chǔ)單 元類型的組合 -二次鋰-高功率電池，其比如對(duì)于在電動(dòng)工具的應(yīng)用中是已知的， -二次鋰-高能量電池，其比如對(duì)于在便攜個(gè)人計(jì)算機(jī)的應(yīng)用中是已知的，其中作
為鋰_高能量電池及高功率電池、尤其所謂的鋰離子電池和鋰_聚合物電池也與鋰_金屬
或合金陽極以及必要時(shí)的無機(jī)電解質(zhì)溶液組合使用，-鎳-金屬氫化物電池，-鎳-鎘電池， _鎳/鋅二次電池，其中在鎳電池的情況下也可以采用高能量和高功率優(yōu)化的電 池構(gòu)造形式。 另外作為相應(yīng)支路A、B的存儲(chǔ)單元也可以采用以下的存儲(chǔ)單元類型
-雙層電容器
-BatCap。 另外還能夠以簡單且有利的方式而實(shí)現(xiàn)的是，采用商業(yè)上通用的存儲(chǔ)單元構(gòu)造形式，比如18650、26650、 Sub-C或者其他所有標(biāo)準(zhǔn)化的圓形電池外殼、袋式電池或通常的棱柱幾何結(jié)構(gòu)。 有利地設(shè)置有多于兩個(gè)的并行支路。那么就可以把兩個(gè)高功率支路和一個(gè)高能量支路相組合。也可以把兩個(gè)高能量支路與一個(gè)高功率支路相組合。這可以按照對(duì)能量存儲(chǔ)器的需求概況來進(jìn)行。
附圖 本發(fā)明的實(shí)施例在下面的說明中進(jìn)行詳細(xì)解釋，并借助附圖來進(jìn)一步闡明。
其中

圖1示出了具有每支路四個(gè)存儲(chǔ)電池的能量存儲(chǔ)器的第一和第二實(shí)施例， 圖2示出了帶有具有六個(gè)存儲(chǔ)電池的支路以及具有五個(gè)存儲(chǔ)電池的支路的能量
存儲(chǔ)器的第三實(shí)施例， 圖3示出了每支路具有四個(gè)存儲(chǔ)電池以及支路間具有三個(gè)并聯(lián)連接的電阻的能量存儲(chǔ)器的第四實(shí)施例，以及 圖4示出了一個(gè)支路具有三個(gè)存儲(chǔ)電池且一個(gè)支路具有唯一一個(gè)存儲(chǔ)電池的能
量存儲(chǔ)器的第五實(shí)施例。 本發(fā)明的實(shí)施方案 當(dāng)前的電能量存儲(chǔ)器比如蓄電池或存儲(chǔ)電池，其特征是使用確定類型的唯一的存儲(chǔ)單元。 該存儲(chǔ)單元大多或者具有突出的高能量特性、或者具有突出的高功率特性。兩種特性的組合還沒有被考慮。根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在規(guī)定克服該缺點(diǎn)并把單個(gè)的存儲(chǔ)單元的特定的有利特性相結(jié)合。作為存儲(chǔ)單元考慮了電池或者電容器。根據(jù)本發(fā)明應(yīng)該有至少兩個(gè)并聯(lián)支路，其中相結(jié)合地具有兩種或更多不同的電池(和/或電容)技術(shù)，并且一個(gè)直至任意多個(gè)電池相互串聯(lián)地連接。 現(xiàn)在比如制造了特定的鋰離子高功率電池HL，其尤其應(yīng)用于電驅(qū)動(dòng)工具中、所謂的功率工具(Power Tool)。另外已知的是特定的高能量電池HE，其比如應(yīng)用在膝上型電腦中。這些電池僅僅以一種特性(Auspraegung)、近似"單純地"被應(yīng)用。高能量電池HE所具有的缺點(diǎn)是只能實(shí)現(xiàn)小的電流。相反高功率電池HL所具有的缺點(diǎn)是它僅具有相對(duì)小的額
定容量。 根據(jù)本發(fā)明，規(guī)定把不同的電化學(xué)和/或電存儲(chǔ)單元連接為一個(gè)唯一的能量存儲(chǔ)器、蓄電池或者連接為一個(gè)整體電池。所獲得的整體配置則應(yīng)該滿足特定應(yīng)用所需的功率特征、比如總能量容量(Wh)以及電功率輸出(容量Ah)?，F(xiàn)在其優(yōu)點(diǎn)在于，在一個(gè)共同的配置或者在該能量存儲(chǔ)器中采用了不同的存儲(chǔ)單元，這些存儲(chǔ)單元已經(jīng)分別在尖峰功率或高能量容量上進(jìn)行了優(yōu)化。必要時(shí)可以把電池以"混合組"與應(yīng)用情況進(jìn)行一定的設(shè)計(jì)匹配。
迄今，為了不僅實(shí)現(xiàn)高的特定功率輸出，而且實(shí)現(xiàn)高的特定能量容量，對(duì)于特定的存儲(chǔ)技術(shù)如蓄電池或電容器，僅能夠以高的開發(fā)耗費(fèi)來實(shí)現(xiàn)，或者根本不能實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提供了不同存儲(chǔ)電池技術(shù)的組合，其可以快速而有效地模塊化地組合為一個(gè)整體能量存儲(chǔ)器，并且其中結(jié)合了該模塊中所包含的特定優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明的目的是構(gòu)造一種能量存儲(chǔ)器l，其中該能量存儲(chǔ)器以一個(gè)蓄電池或蓄電池組的形式或者以模塊的形式來出現(xiàn)，比如其用于尤其與電網(wǎng)無關(guān)的電動(dòng)工具、所謂的無
6線電動(dòng)工具的能量供給，或者還應(yīng)用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)中。另外本發(fā)明原則上還能夠擴(kuò)展為更多單元類型的組合，如蓄電池、(超級(jí))電容器、BatC即或者太陽能和燃料電池。
通過單個(gè)或串聯(lián)連接的存儲(chǔ)單元、諸如鋰離子蓄電池的并聯(lián)連接來進(jìn)行能量存儲(chǔ)器以及存儲(chǔ)器組或蓄電池組的構(gòu)建。在下面，鋰用Li來進(jìn)行縮寫。視要連接的存儲(chǔ)單元的類型而定地，不同的連接變化方案是允許的或者是必要的。要注意的是，該存儲(chǔ)單元或存儲(chǔ)單元類型不允許任意地相互連接。該能量存儲(chǔ)器或該整體電池必須如此來構(gòu)造，使得這些存儲(chǔ)單元都不在其產(chǎn)品規(guī)范之外運(yùn)行，以一方面實(shí)現(xiàn)最大能量輸出和功率輸出，另一方面保證運(yùn)行可靠性。在并聯(lián)連接的方式中，從而還應(yīng)考慮存儲(chǔ)單元的充電和放電特征曲線，并另外還應(yīng)注意所允許的運(yùn)行電壓窗口。 在圖1中示例性示出了按照第一實(shí)施例的本發(fā)明的能量存儲(chǔ)器1的一種可能構(gòu)造。其具有存儲(chǔ)單元10、 11、 12、 13和20、21、22、23的兩個(gè)支路A、B，其中這兩個(gè)支路并聯(lián)連接。每個(gè)支路A、 B都具有至少一個(gè)確定類型的存儲(chǔ)單元10、11、12、13以及20、21、22、23，
其中該支路與另一支路的類型不相同。 對(duì)于支路A存在一種類型的串聯(lián)連接的四個(gè)存儲(chǔ)單元10、11、12、13。對(duì)于支路B同樣存在一種(另外的)類型的串聯(lián)連接的四個(gè)存儲(chǔ)單元20、21、22、23。從而每個(gè)支路存在多個(gè)同一類型的串聯(lián)連接的多個(gè)存儲(chǔ)單元。具體針對(duì)支路A的存儲(chǔ)單元10、11、12、13規(guī)定類型作為高功率電池HL的石墨/Li(NMC)021. 3Ah/18650，針對(duì)支路B的存儲(chǔ)單元20、21、22、23規(guī)定類型作為高能量電池HE的石墨/Li(NMC)022.6Ah/18650。從而存在高能量電池HE和高功率電池HE的組合，比如其用于電動(dòng)工具應(yīng)用中。 原則上也可以組合不同構(gòu)造形式的鋰(Li)電池。比如同樣在圖1的電路配置中的一個(gè)第二實(shí)施例，其中該支路A的四個(gè)鋰電池是石墨/Li(NMC)02HL袋式電池1. 55Ah，支路B的四個(gè)鋰電池是石墨/Li (NMC)02HE 2. 6Ah/18650。 原則上也可以組合不同化學(xué)組成的鋰電池。如在圖2中所示的一個(gè)第三實(shí)施例，對(duì)于支路A比如存在六個(gè)存儲(chǔ)單元10、11、12、13、14、15，對(duì)于支路B比如存在五個(gè)存儲(chǔ)單元20、21、22、23、24。支路A或B的存儲(chǔ)單元依次串聯(lián)連接。每個(gè)支路A、 B從而具有多個(gè)同一類型的串聯(lián)連接的存儲(chǔ)單元。支路A具有六個(gè)高功率電池HL作為存儲(chǔ)單元，另一支路B具有五個(gè)高能量電池HE作為存儲(chǔ)單元。具體該支路A的六個(gè)鋰電池是石墨/LiFeP04HL1.2Ah/18650電池，該支路B的五個(gè)鋰電池是石墨/11(順0022. 6Ah/18650HE。該支路A的每個(gè)存儲(chǔ)電池10、11、12、13、14、15比如具有平均3. 2伏/電池。支路B的每個(gè)存儲(chǔ)電池20、21、22、23、24相應(yīng)具有平均3.8伏/電池。該例子表示并聯(lián)地使用不同電位的電池，由此導(dǎo)致每個(gè)支路具有不同數(shù)目的電池。在單個(gè)電壓相加約等于相同總和的位置上，這些支路可以并聯(lián)連接。在按照?qǐng)D2的例子中，HL電池的6x3. 8伏也約等于HE電池的充電終止電壓5x4. 3伏。在該組單元中，那么在這六個(gè)及五個(gè)串聯(lián)電池內(nèi)部不能進(jìn)行并聯(lián)連接。應(yīng)說明的是，電池的特定化學(xué)混合物僅僅非常粗略并示例地通過石墨/Li (NMC) 02來概述，或者僅僅體現(xiàn)為主要成分。精確的材料組成具體是非常多種多樣的。 除了并行支路段A、 B與電壓有關(guān)的平衡之外，還應(yīng)注意在該能量存儲(chǔ)器配置中盡可能地均勻的溫度分布，以能夠使單個(gè)存儲(chǔ)單元的運(yùn)行條件不相互偏離。不同的溫度水平可能引起強(qiáng)度不同的老化過程，此外還能夠改變所連接的存儲(chǔ)單元的阻抗值和容量值。熱均勻化從而還降低了在必要時(shí)額外所需的電子測量和調(diào)節(jié)耗費(fèi)。
根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置有并聯(lián)連接的支路A、B，其中每個(gè)支路都存在確定類型的存儲(chǔ)單元。這些支路從一個(gè)或多個(gè)單元開始被并聯(lián)電連接在兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)上。在所述支路內(nèi)的并聯(lián)可以低歐姆或者通過不同的無源以及通常有源的元件來進(jìn)行。電氣無源元件可以理解為以下的元件即不具有放大作用的元件比如電阻。有源元件可以理解為以下的元件即以任何一種形式而對(duì)有用信號(hào)具有放大作用的元件比如晶體管。單個(gè)支路A、 B的存儲(chǔ)容量允許具有不同的值。高功率電池和高能量電池的化學(xué)組成可以是不同的、但不是必須不同。但本發(fā)明大致完全有意識(shí)地允許不同化學(xué)組成的電池的連接。從而可以有目的地控制模塊的電氣特性和安全技術(shù)特性。從而獲得了石墨/NMC氧化物電池，其主要在機(jī)械構(gòu)造上是不同的，并從而最終具有高功率特性或高能量特性。比如在高功率電池的情況下使用更厚的放電體，并實(shí)現(xiàn)較薄的活性物質(zhì)涂層厚度，以改善其中活性物質(zhì)的電連接，并減小擴(kuò)散延伸。但實(shí)際的電池反應(yīng)、也即電池的化學(xué)組成(Chemie)在必要時(shí)是相同的。
在放電過程開始時(shí)，首先一個(gè)或多個(gè)低歐姆的高功率支路作為充電電源而被加載。在單次放電過程之間的靜止間歇中，在整體配置的熱力平衡調(diào)節(jié)的方向上發(fā)生充電均衡。從而該高功率支路通過高能量支路的載流子而被充電，并能夠在隨后放電時(shí)再次低歐姆地提供電功率。借助相應(yīng)所需的負(fù)載概況和總能量量來進(jìn)行整體配置的高功率支路和高能量支路的參數(shù)選擇。存儲(chǔ)單元類型的選擇以及支路的數(shù)量和形式繼續(xù)取決于特定應(yīng)用所需的、在所涵蓋的充電狀態(tài)和溫度參數(shù)域中的阻抗值。在放電時(shí)，在這些支路之間不必強(qiáng)制進(jìn)行充電均衡和/或電壓均衡。理論上也可以考慮在放電期間完全分隔這些支路。按照所連接單元的類型，在放電期間充分地分隔支路實(shí)際是有意義的。重要的是，進(jìn)行耦合的元件在相應(yīng)應(yīng)用的典型間歇時(shí)間內(nèi)(秒至分鐘的數(shù)量級(jí))實(shí)現(xiàn)了電池電壓均衡以及熱力平衡。在該時(shí)間中，高能量電池給高功率電池充電，直至兩個(gè)電池具有相同的電壓。那么就必須比如按照所期望的電荷交換時(shí)間常數(shù)來選擇電阻。 本發(fā)明并不局限于兩個(gè)支路A、 B，使得也可以采用三個(gè)或更多的支路。在相應(yīng)的總電壓的情況下，所需的能量容量和電流強(qiáng)度確定了并聯(lián)支路的數(shù)量。在所述鋰蓄電池的情況下，其一般不多于兩個(gè)支路。比如可以把兩個(gè)高功率支路與一個(gè)高能量支路相組合，或反之。三個(gè)或更多不同支路在原理上也是可考慮的，并在必要時(shí)是有意義的。比如一個(gè)高功率蓄電池支路和一個(gè)較高能量蓄電池支路和一個(gè)最高功率電容器支路等。在該實(shí)施例中該支路A比如作為高功率支路來實(shí)施，該支路B作為高能量支路來實(shí)施。
對(duì)于以下的情況即所使用的不同存儲(chǔ)單元的自放電是不相同的并且可能發(fā)生嚴(yán)重的欠壓狀態(tài)，應(yīng)持續(xù)地監(jiān)控電位并在必要時(shí)比如通過去耦單個(gè)支路段進(jìn)行調(diào)節(jié)干預(yù)。對(duì)充電狀態(tài)(State of charge, S0C)、機(jī)能狀態(tài)(State of health, S0H)以及可能的有效平衡的單個(gè)電壓以及總電壓的電子監(jiān)控上的耗費(fèi)取決于必要的性能要求和可靠性要求。視能量存儲(chǔ)器以及蓄電池或電池組的存儲(chǔ)電池類型和整體構(gòu)思而定，所述耗費(fèi)有不同地下降。必須對(duì)所有構(gòu)思的安全運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行安全性測試。 在圖3中示出了在支路A、B內(nèi)部并聯(lián)的一個(gè)例子，第四實(shí)施例。對(duì)于高功率支路A比如存在四個(gè)存儲(chǔ)單元10、11、12、13，對(duì)于高能量支路B同樣存在四個(gè)存儲(chǔ)單元21、21、22、23。在支路A的存儲(chǔ)單元10和11之間，一個(gè)電阻40并聯(lián)到在存儲(chǔ)單元20和21之間的支路B。同樣在該支路A的存儲(chǔ)單元11和12之間，一個(gè)電阻41并聯(lián)到在存儲(chǔ)單元21和22之間的支路B。在支路A的存儲(chǔ)單元12和13之間， 一個(gè)電阻42并聯(lián)到在存儲(chǔ)單元22和23之間的支路B。 從而在支路A、B的多個(gè)位置上具有并聯(lián)連接，其中為了并聯(lián)連接支路A、B而設(shè)置了至少一個(gè)有源或無源元件。從而一個(gè)支路的每個(gè)存儲(chǔ)電池都與另一支路的存儲(chǔ)電池通過元件相連接。所述至少一個(gè)元件可以是有源或無源元件，比如晶體管或電阻。該電阻可以低歐姆地來實(shí)施，在任何情況下都約大于電池內(nèi)阻，并小于/等于根據(jù)充電均衡的時(shí)間常數(shù)計(jì)算所確定的值。得到了從約50毫歐至約500歐姆的范圍。對(duì)于商業(yè)通用的18650鋰離子電池，比如得到了從10—2歐姆至103歐姆的數(shù)量級(jí)。精確的評(píng)估比如可以根據(jù)電池組專用的模擬來確定，還取決于相應(yīng)的應(yīng)用。如圖3所示，支路A具有四個(gè)作為高功率電池HL的鋰電池來作為存儲(chǔ)單元，另一支路B具有作為高能量電池HE的四個(gè)鋰電池來作為存儲(chǔ)單元。在此該支路A的四個(gè)鋰電池可以是石墨/Li (NMC) 021. 3Ah/18650HL，支路B的四個(gè)鋰電池可以是石墨/Li (NMC)022 . 6Ah/18650HL。通過三個(gè)電阻40、41、42提供了該支路A、B的附加并聯(lián)連接。由此所實(shí)現(xiàn)的均衡電流形成了附加的并聯(lián)，其對(duì)蓄電池組1的壽命具有積極影響。該電阻值應(yīng)明顯高于單個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)阻，以防止支路的存儲(chǔ)電池的不對(duì)稱放電。
原理上也可以組合高能量和高功率電池，尤其對(duì)于電動(dòng)工具的應(yīng)用，其中存儲(chǔ)電池具有不同的技術(shù)。比如按照?qǐng)D4的另一第五實(shí)施例，其中該能量存儲(chǔ)器在支路A中構(gòu)造了三個(gè)高功率電池HL 10、11、12，在另一支路B中構(gòu)造了僅一個(gè)唯一的高能量電池HE 30。具體該支路A的三個(gè)高功率電池10、11、12可以是NiMH HL 2. 6Ah/Sub-C，另一支路B的唯一的高能量電池30可以是C/LiFeP04HE 2Ah/18650。支路A的每個(gè)存儲(chǔ)電池10、 11、 12比如具有1. 2伏/電池。支路B的唯一的存儲(chǔ)電池30相應(yīng)具有3. 6伏。
原則上，在所示的圖中沒有絕對(duì)不可能的存儲(chǔ)單元類型。單單電子電路耗費(fèi)和調(diào)節(jié)耗費(fèi)以及自然的資金整體耗費(fèi)決定了使用單個(gè)的能量存儲(chǔ)器構(gòu)造。
尤其可以相互組合由以下存儲(chǔ)單元類型所組成的支路，比如 a)極其不同構(gòu)造方式的二次的鋰高功率電池以及以此為基礎(chǔ)的化學(xué)存儲(chǔ)器連接。
作為構(gòu)造方式其中考慮了以下的類型18650、26650、 Sub-C或者其他所有標(biāo)準(zhǔn)化的圓形電
池外殼、袋式電池或棱柱幾何結(jié)構(gòu)。作為電池類型不僅可以采用鋰離子和鋰-聚合物，而且
還可以采用具有鋰金屬(Lithiummetal)和無機(jī)電解質(zhì)溶液的存儲(chǔ)電池。電化學(xué)活性物質(zhì)
比如可以是石墨、合金、可鋰化的金屬氧化物、磷酸鹽和硫化物， b)極其不同構(gòu)造方式的二次的鋰高能量電池，如在a)中所述， c)所有構(gòu)造方式和形式的鎳_金屬混合物存儲(chǔ)電池， d)所有構(gòu)造方式和形式的鎳_鎘存儲(chǔ)電池， e)鎳/鋅二次電池， f)雙層電容以及 g)BatC即，其具有根據(jù)法拉第(faradayschen)處理制成的、組合在一個(gè)電池中的雙層電容和/或容性介電成分。 在實(shí)施例中闡述了基于二次鋰電池的、根據(jù)本發(fā)明的簡單能量存儲(chǔ)器構(gòu)造以及蓄電池構(gòu)造或電池構(gòu)造的例子。 本發(fā)明的能量存儲(chǔ)器被設(shè)置用于蓄電池驅(qū)動(dòng)或電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)工具和尤其用于電驅(qū)動(dòng)的汽車電池。
9
權(quán)利要求
包含有多個(gè)存儲(chǔ)單元的能量存儲(chǔ)器(1)、尤其是蓄電池，其特征在于，具有至少兩個(gè)支路(A，B)的存儲(chǔ)單元(10，11，12，13以及20，21，22，23)，這兩個(gè)支路并聯(lián)連接，其中每個(gè)支路(A；B)具有確定類型的至少一個(gè)存儲(chǔ)單元，所述至少一個(gè)存儲(chǔ)單元的類型與另一支路的類型不相同。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的能量存儲(chǔ)器，其特征在于，每個(gè)支路(A， B)都具有多個(gè)同一 類型的串聯(lián)連接的存儲(chǔ)單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量存儲(chǔ)器，其特征在于，其中一個(gè)支路的存儲(chǔ)單元的類 型是高功率電池，另一支路的存儲(chǔ)單元的另外的類型是高能量電池。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量存儲(chǔ)器，其特征在于，該一個(gè)支路(A)的存儲(chǔ)電池(10， 11， 12， 13)具有相對(duì)于該另一支路(B)的存儲(chǔ)電池(20， 21， 22， 23)不同的化學(xué)組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的能量存儲(chǔ)器，其特征在于，這些單個(gè)的支路(A， B)的存 儲(chǔ)容量是不同的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的能量存儲(chǔ)器，其特征在于，在這些支路(A， B)的多 個(gè)位置上存在并聯(lián)連接，其中為了所述支路(A， B)的并聯(lián)連接設(shè)置有至少一個(gè)有源或無源 元件(40， 41 ，42)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的能量存儲(chǔ)器，其特征在于，該一個(gè)支路(A)的每個(gè)存儲(chǔ)電池 (10， 11或11， 12或12,13)與另一支路(B)的存儲(chǔ)電池(20,21或21， 22或23， 24)通過i亥 元件(40 ;41 ;42)相連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的能量存儲(chǔ)器，其特征在于，該元件(40，41，42)是電阻，該 電阻尤其處于約50毫歐至約500歐姆的范圍內(nèi)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量存儲(chǔ)器，其特征在于，該一個(gè)支路(A)具有作為高功率 電池(HL)的至少一個(gè)鋰電池來作為存儲(chǔ)單元(IO)，該另一支路(B)具有作為高能量電池 (HE)的至少一個(gè)鋰電池來作為存儲(chǔ)單元(20)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6至9之一所述的能量存儲(chǔ)器，其特征在于，該一個(gè)支路(A)的每個(gè) 存儲(chǔ)電池(10， 11或11， 12或12， 13)通過三個(gè)并聯(lián)連接的電阻(40，41，42)與該另一支路 (B)的存儲(chǔ)電池(20,21或21， 22或23,24)相連接。
11. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量存儲(chǔ)器，其特征在于，每個(gè)支路(A;B)具有不同化學(xué)組 成的鋰電池的組合。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求1至11之一所述的能量存儲(chǔ)器，其特征在于，相應(yīng)支路(A;B)的 存儲(chǔ)單元或者類型是以下存儲(chǔ)單元類型的組合，比如-二次鋰-高功率電池-二次鋰_高能量電池，其中作為二次鋰_高功率電池及二次鋰_高能量電池尤其能使 用鋰離子電池、鋰-聚合物電池，還能與鋰-金屬陽極或合金陽極以及無機(jī)電解質(zhì)溶液相組 合地使用，-鎳-金屬氫化物電池-鎳-鎘電池-鎳/鋅二次電池-雙層電容器以及一BatC即。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求1至12之一所述的能量存儲(chǔ)器，其特征在于，具有兩個(gè)高功率支路和一個(gè)高能量支路。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求1至12之一所述的能量存儲(chǔ)器，其特征在于，具有兩個(gè)高能量支路和一個(gè)高功率支路。
全文摘要
已知的是，能量存儲(chǔ)器、尤其是蓄電池具有多個(gè)存儲(chǔ)單元，比如電化學(xué)電池、電容、Batcap等，該能量存儲(chǔ)器通常由相互連接的相同類型的單元來構(gòu)造。其缺點(diǎn)是，該存儲(chǔ)單元通?；蛘呔哂型怀龅母吣芰刻匦?，或者具有突出的高功率特性。在該能量存儲(chǔ)器的整體性能以及在能量與輸出功率之間的最佳匹配上存在著改善可能。本發(fā)明推薦了包含有多個(gè)存儲(chǔ)單元的一種能量存儲(chǔ)器(1)、尤其是蓄電池，其特征在于，具有至少兩個(gè)支路(A，B)的存儲(chǔ)單元(10，11，12，13以及20，21，22，23)，這兩個(gè)支路并聯(lián)連接，其中每個(gè)支路(A；B)具有確定類型的、與另一支路的類型不同的至少一個(gè)存儲(chǔ)單元。本發(fā)明的能量存儲(chǔ)器設(shè)置用于蓄電池驅(qū)動(dòng)以及電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車和汽車電池，尤其用于電驅(qū)動(dòng)。
文檔編號(hào)H01M10/16GK101779322SQ200880102712
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月10日
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