專利名稱：低損耗蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電氣化學(xué)蓄電池。例如，這些蓄電池可以用于電氣及混合運(yùn)輸車輛或車載系統(tǒng)的領(lǐng)域。電氣化學(xué)電池通常具有下列數(shù)量級的標(biāo)定電壓-用于鎳氫(Ni-MH)型電池的1.2V ；-用于磷酸鐵鋰離子(Lii^ePCM)技術(shù)的3.3V ；-用于氧化鈷基的鋰離子技術(shù)的4.2V。這些標(biāo)定電壓與大多數(shù)需要充電的系統(tǒng)相比來說過低。為了獲得合適的電壓電平，將多個電池串聯(lián)放置。為了獲得高功率及容量水平，將多個電池并聯(lián)放置。每階的數(shù)量 (串聯(lián)電池的數(shù)量)以及每階并聯(lián)電池的數(shù)量根據(jù)期望的電壓、期望的電流以及期望的電池容量而改變。多個電池的組合稱為蓄電池。當(dāng)設(shè)計(jì)蓄電池時，目的是為了提供預(yù)定操作電壓下的某個功率電平。為了最大化該功率，通過盡可能地降低電池的寄生內(nèi)部電阻，而最大化所傳輸?shù)碾娏?。鋰離子電池非常適合于交通運(yùn)輸系統(tǒng)的應(yīng)用，這是因?yàn)樗鼈兙哂心芤砸暂^小體積存儲大量能源的能量。在鋰離子電池技術(shù)中，基于磷酸鐵的電池相比基于氧化鈷的鋰離子電池而言，能夠提供給每單位體積的稍低能量損壞更高水平的固有安全。此外，鋰離子電池還具有最小電壓，低于最小電壓電池可能遭受損壞。

圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)的鋰離子蓄電池1。鋰離子蓄電池1由串聯(lián)連接的四階肚1、 Et2、Et3及Et4組成。每階包括四個并聯(lián)連接的相似電池。給定階電池的端子通過大截面電連接器連接到一起。每階還通過大截面電連接器連接到相鄰階，由此對應(yīng)一階電池的電流總和，允許大電流流動。一個或更多負(fù)載將連接到鋰離子蓄電池1的N端子和P端子。四階端子處的電壓分別由U1、U2、U3和U4表示。在此附圖中，鋰離子蓄電池1的端子U和P之間的總電壓U為電壓U1、U2、U3和U4的總和。流過第四階Et4的每個電池的電流分別由II、12、13和14表示。在鋰離子蓄電池1的端子P處產(chǎn)生的電流I為電流II、 12、13和14的總和。為了保護(hù)鋰離子蓄電池1在電池中出現(xiàn)短路的后果，每個電池具有串聯(lián)連接到其上的保險(xiǎn)絲。當(dāng)電池形成短路時，流經(jīng)此電池的電流實(shí)際增加，并且使得其保險(xiǎn)絲熔化，從而保護(hù)鋰離子蓄電池1的其他電池。在沒有保險(xiǎn)絲的情況下，當(dāng)存在短路時該電池中分布的電能將導(dǎo)致其過熱以及其他正在放電的電池過熱。這樣的分布可以是火災(zāi)開始的原因。 當(dāng)每階包含大量并聯(lián)的、用于存儲大量電能的電池時，基于氧化鈷的鋰離子技術(shù)與基于磷酸鐵的鋰離子技術(shù)尤其危險(xiǎn)。因此，使用保險(xiǎn)絲證明是特別適合于該技術(shù)。鋰離子電池的各個電池不能自然地削波(clip)其端子的電壓。因此需要每階增加輔助充電控制/平衡電路2，以用于每階Etl到Et4能夠正確地充電。通過串聯(lián)設(shè)置四個電池的四階，需要每階關(guān)聯(lián)有充電控制/平衡功能。因此，輔助充電控制/平衡電路2控制鋰離子蓄電池1每階的充電及平衡。電池的充電對應(yīng)于其端子處電壓的增加。當(dāng)電池達(dá)到由其電氣化學(xué)工藝定義的標(biāo)定電壓電平時，該電池被認(rèn)為是充電。如果在該電壓到達(dá)之前，充電被中斷，則該電池不能夠完全充電。在蓄電池的整個壽命過程中，某些缺陷會出現(xiàn)在組成蓄電池的某些電池中。在一個電池中的缺陷通常由短路或開路的電池顯示，或者由電池中的高泄露電流顯示。重要的是了解電池故障對蓄電池的影響。開路或短路可以導(dǎo)致整個蓄電池的全部故障。如果大泄露電流出現(xiàn)在一階的一個電池中，蓄電池作為電阻，這將導(dǎo)致存在問題的階的電池放電為零。由于電能相對較低地分布，因此火災(zāi)出現(xiàn)的危險(xiǎn)被降低。在鋰離子技術(shù)中，每階的電池放電為零電壓損壞了這些電池，這意味著不僅初始缺陷的電池并且其他電池都不得不需要替換。當(dāng)一個電池形成短路時，由于它們之間的大截面電連接器，該階的其他三個電池初始放電到該電池中。當(dāng)存在短路時，與電池串聯(lián)連接的保險(xiǎn)絲中斷了其他三個電池的不期望的放電。這樣的蓄電池具有大量的缺點(diǎn)。保險(xiǎn)絲被設(shè)計(jì)通過大電流并因而導(dǎo)致成本超限的出現(xiàn)，由此降低了其功率性能。文獻(xiàn)US 6 051 955中揭露了一種蓄電池，其包括并聯(lián)連接的兩個分支。每個分支包括三個串聯(lián)的電池。這些電池通過兩個輸出端子充電和放電。保護(hù)電阻插入在輸出端子其中一個與電池的每個分支之間。監(jiān)控電路檢測這些元件的任意過充電或過放電。如果出現(xiàn)這種情況，監(jiān)控電路則打開該輸出端子與電池的分支之間保護(hù)電阻。一個分支的每個電池并聯(lián)連接到其他分支的一個電池。串聯(lián)的兩個保險(xiǎn)絲由此連接兩個各自的電池。監(jiān)控電路連接到串聯(lián)的兩個保險(xiǎn)絲之間的每個節(jié)點(diǎn)。蓄電池還包括串聯(lián)連接在分支和保護(hù)電阻之間的保險(xiǎn)絲。上述蓄電池具有以下大量缺點(diǎn)-在蓄電池操作過程中由串聯(lián)保險(xiǎn)絲和保護(hù)電阻導(dǎo)致的大焦耳損耗；-電池的任意故障立刻中斷監(jiān)控電路對蓄電池的操作；-蓄電池的容量不是最優(yōu)的在充電期間，大多數(shù)高充電電池中斷了蓄電池的充電，而其他電池還未到達(dá)其最佳充電。在放電期間，大多數(shù)放電電池中斷了放電，而其他電池還未達(dá)到其放電閾值。文獻(xiàn)WO 2009/021762公開了一種蓄電池，其包括兩個并聯(lián)分支。在一個實(shí)施例中，每個分支包括串聯(lián)連接的四個電池。兩個分支的電池屬于不同類型第一分支包括高功率電池，相比第二分支包括高容量電池。每個高容量電池通過電阻并聯(lián)連接到高功率電池上。該蓄電池可以由此同時響應(yīng)峰值電流需求并具有高容量。實(shí)際上，上述蓄電池具有缺點(diǎn)。高功率電池不能適當(dāng)?shù)馗纳菩铍姵氐娜萘俊４送猓?該蓄電池實(shí)際上不能夠放置某些故障。因此，在一個電池中的短路可能導(dǎo)致通過電阻與其并聯(lián)的電池中出現(xiàn)過電流。由于兩個分支的電池還屬于不同類型，因此如果一個電池出現(xiàn)故障，補(bǔ)償是不可能想象的。本發(fā)明的目的在于在不損害蓄電池所提供的安全級別的情況下，解決上述缺陷中的一個或多個。因此，本發(fā)明涉及一種蓄電池，包括至少第一分支和第二分支，每個分支具有串聯(lián)連接的至少第一電池和第二電池，所述蓄電池還包括開關(guān)，通過所述開關(guān)所述第一電池并聯(lián)連接，以及通過所述開關(guān)所述第二電池并聯(lián)連接，當(dāng)所述第一電池和所述第二電池中的一個形成開路時，所述開關(guān)的截止閾值被設(shè)計(jì)為引導(dǎo)電流。在一個實(shí)施例中，蓄電池包括具有串聯(lián)連接的第一電池和第二電池的第三分支，所述蓄電池還包括另一個開關(guān)，通過所述開關(guān)所述第一電池并聯(lián)連接，以及通過所述開關(guān)所述第二電池并聯(lián)連接。根據(jù)另一個實(shí)施例，所述第一電池形成所述蓄電池的第一階，并且所述第二電池形成所述蓄電池的第二階，所述蓄電池還包括平衡電路，用于平衡所述第一電池和所述第二電池的電荷，所述平衡電路連接到每階的端子。根據(jù)再一個實(shí)施例，并聯(lián)連接的所述第一電池和所述第二電池之間的每個聯(lián)結(jié)點(diǎn)連接到所述平衡電路。根據(jù)又一個實(shí)施例，所述第一分支和所述第三分支的電池不相鄰，并且所述平衡電路連接到所述第一分支和所述第三分支的電池的端子。根據(jù)一個實(shí)施例，并聯(lián)連接的所述第一電池和所述第二電池之間的聯(lián)結(jié)點(diǎn)的橫截面小于串聯(lián)連接的所述第一電池和所述第二電池之間的聯(lián)結(jié)點(diǎn)的橫截面。根據(jù)另一個實(shí)施例，所述開關(guān)包括可熔電連接器。根據(jù)另一個實(shí)施例，所述開關(guān)的截止閾值被設(shè)計(jì)為當(dāng)所述第一電池和所述第二電池的其中一個短路時打開。根據(jù)一個實(shí)施例，所述第一電池和所述第二電池為以下類型的電池，即在其端子處使用高于其標(biāo)定電壓15 %的電壓不會對所述第一電池和所述第二電池造成損壞。根據(jù)再一個實(shí)施例，所述第一電池和所述第二電池為鋰離子類型。根據(jù)另一個實(shí)施例，所述分支未提供與所述第一電池和所述第二電池串聯(lián)而設(shè)置的保護(hù)開關(guān)。根據(jù)再一個實(shí)施例，所述第一電池和所述第二電池的內(nèi)部電阻小于所述開關(guān)的內(nèi)部電阻。本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1為現(xiàn)有技術(shù)的蓄電池的示意圖；圖2為本發(fā)明一個實(shí)施例的蓄電池的示意圖；圖3顯示了在正常工作狀態(tài)下流經(jīng)蓄電池的各個電池的電流示意圖；圖4顯示了當(dāng)開關(guān)釋放出現(xiàn)短路時蓄電池中的電流示意圖；圖5為短路之后流經(jīng)蓄電池的各個電池的電流示意圖；圖6為顯示蓄電池放電的曲線圖；圖7為電池處于開路時電流的示意圖；圖8和圖9為本發(fā)明其他實(shí)施例的蓄電池示意圖；圖10為本發(fā)明又一個實(shí)施例的蓄電池中電池設(shè)置示例的分解視圖；圖11為本發(fā)明再一個實(shí)施例的蓄電池的示意圖。本發(fā)明提出了一種蓄電池，該蓄電池包括至少第一分支和第二分支，每個分支具有串聯(lián)連接的至少第一電池和第二電池，該蓄電池還包括開關(guān)，通過該開關(guān)第一電池并聯(lián)連接，以及通過該開關(guān)第二電池并聯(lián)連接。當(dāng)所述第一電池和所述第二電池中的一個形成開路時，開關(guān)的截止閾值被設(shè)計(jì)為引導(dǎo)電流。在正常工作時開關(guān)可以以降低的成本且具有較少焦耳分布，在故障期間為蓄電池的電池提供有效的過電流保護(hù)。此外，通過使得所有正常工作的電池補(bǔ)償短路電池的失效而允許蓄電池繼續(xù)可用。圖2顯示了本發(fā)明第一實(shí)施例的蓄電池4，蓄電池4具有正極端子P和負(fù)極端子 N。一個或更多的負(fù)載可以連接在正極端子P和負(fù)極端子N之間。蓄電池4包括數(shù)個分支 81~1到肚5。在圖示例子中，蓄電池4包括五個分支。下文中索引j對應(yīng)于分支Βι>每個分支Brj包括多個串聯(lián)連接的電池Em，屬于氧化鈷基的鋰離子類型。分支Br1包括電池E1,工、 Ειρ&ΡΕ^*?！埂Ｔ趫D示例子中，每個分支Brj包括五個電池ΕΜ。索引i在下文中對應(yīng)于階Kj,階Etj包括分別屬于每個分支的五個電池。預(yù)定階的電池通過開關(guān)并聯(lián)連接。通常，術(shù)語“開關(guān)”表示用于防止電流流動和在過負(fù)載時用于切換的開關(guān)，從而保護(hù)與其連接的部件。第一階K1的電池Elij為并聯(lián)連接。電池Elij通過它們的正極端子連接到蓄電池 4的正極端子P。有利地，這些正極端子通過大截面連接器連接到正極端子P，因?yàn)樵撨B接具有連接各種分支的并聯(lián)電流的功能。第一階Et1的電池Elij的負(fù)極端子通過開關(guān)連接在一起。因此，開關(guān)D2il將電池Elil的負(fù)極端子連接到電池Eu的負(fù)極端子。第二階Et2的電池E2,」也是并聯(lián)連接。一方面第三階Et3的電池」，另一方面第四階K4的電池也均為并聯(lián)連接。對于這些中間階的每個，預(yù)定階的電池的正極端子通過開關(guān)連接一起，并且它們的負(fù)極端子也通過開關(guān)連接一起。如圖所示，每個開關(guān)用于兩個相連階的并聯(lián)連接(兩個階共享連接節(jié)點(diǎn))。因此， 開關(guān)D2il用于將電池Elil和電池Eu并聯(lián)連接，但是還用于將電池E2il和電池E2,2并聯(lián)連接。第五階K5的電池為并聯(lián)連接。第五階K5的電池E5,」通過開關(guān)連接一起。因此，開關(guān)D5il將電池的正極端子連接到電池的正極端子。電池Ey通過它們的負(fù)極端子連接到蓄電池4的負(fù)極端子N。有利地，這些負(fù)極端子通過大截面連接器連接到負(fù)極端子N，因?yàn)樵撨B接具有注入并聯(lián)電流到各種分支中的功能。充電/平衡電路5連接到每個階的端子。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將確定合適的充電 /平衡電路5，以平衡每階的電池電壓以及控制每個電池的充電。流經(jīng)電池Eiij的電流由Iiij表示。流經(jīng)開關(guān)Diij的電流由Itiij表示。階i端子處的電壓由Ui表示。通過階i的正極端子與充電/平衡電路5進(jìn)行交換的電流由Ieqw表
7J\ ο開關(guān)被限定為這樣一種電保護(hù)裝置，其具有在電路過負(fù)載的情況下中斷或者很大程度地限制(例如變化了 100系數(shù))流經(jīng)其的電流。圖示例子的開關(guān)設(shè)計(jì)稍后將給出詳細(xì)解釋。圖3顯示了在蓄電池4的正極端子P和負(fù)極端子N之間連接的負(fù)載3存在的情況下，正常工作狀態(tài)下的蓄電池4的理論示例。負(fù)載3比作0.2歐姆的電阻。每個電池比作與0.01歐姆電阻(表示其內(nèi)部電阻)串聯(lián)的3. 3V電壓源。開關(guān)比作0.015歐姆電阻，并且開關(guān)的截至電流為6A。預(yù)定階的電池之間的串聯(lián)連接適于設(shè)計(jì)為經(jīng)受住分支的標(biāo)定電流。在該示例中，電池位于其最大蓄能，并且所有的電池具有相同的蓄能。因此，沒有電流流經(jīng)開關(guān)。在正常工作時，因此可以看到開關(guān)未導(dǎo)致焦耳損失，因?yàn)榱鹘?jīng)開關(guān)的電流為零。這里，蓄電池4內(nèi)部的焦耳損失僅僅由電池的內(nèi)部電阻所導(dǎo)致。蓄電池的功率效率因而最佳化。15. 7A的電流流經(jīng)每個分支，從而導(dǎo)致78. 5A(大概數(shù)值)的電流通過負(fù)載3。
開關(guān)被設(shè)置為與電池之間的連接器并聯(lián)。在正常工作時，僅少量電流必須流經(jīng)這些連接器，同時各種電池被充電或平衡(尤其是蓄電池4的充電端)。在正常工作時流經(jīng)開關(guān)的電流總是保持在截至閾值下方。因此，所使用的開關(guān)可以設(shè)計(jì)為正好位于那些對于串聯(lián)放置的開關(guān)來說必須的開關(guān)下方。還應(yīng)當(dāng)注意到，所使用的開關(guān)的數(shù)量小于那些對于串聯(lián)開關(guān)來說必須的開關(guān)的數(shù)量。蓄電池4的成本因而顯著地降低。為了提供最優(yōu)化的電池保護(hù)，開關(guān)具有低于電池可承受的最大充電電流或放電電流的截至閾值。在該例子中，截至閾值為6A，并且大體上低于流經(jīng)圖3所示的每個電池的 15. 7A的電流。圖4顯示了在電池E3,3形成短路以及不村子開關(guān)截至的情況下的理論電流值。假設(shè)電池的最大充電或放電電流為30A，可以看到第三階的所有電池將易于損壞?？梢钥吹较鄬^大的電流流經(jīng)電池之間的并聯(lián)連接器。流經(jīng)開關(guān)D2,2、D2,3、D3,2、D3,3、D4,2、D4,3、D5,2及 D5,3的電流將高于其截至閾值。如圖5所示，由于電池導(dǎo)致的過電流，開關(guān)D2,2、D2,3、D3,2、D3,3、D4,2、D4,3、D5,2及 D5,3被打開。過電流因此隨著時間推移而被限制，由此消除了因電池過熱而導(dǎo)致火災(zāi)開始的任何危險(xiǎn)。在過渡相期間，由于分支3的低電阻，最后的分支由其他分支再充電，直至各個分支的電壓電平平衡。為了補(bǔ)償短路電池的故障，負(fù)電流使得電池Eli3^yE4i3及E5,3充電到3. 88V的電壓。該過電壓未導(dǎo)致磷酸鐵基電池的惡化，對于磷酸鐵基電池電解質(zhì)衰退通常出現(xiàn)在4. 5V以上?？沙惺軆啥俗又g的電壓高于其標(biāo)定電壓的其他類型的電池也可以使用。尤其是，可以這樣類型的電池，即其端子處使用高于其標(biāo)定電壓15%的電壓不會對其造成損壞。蓄電池中階的數(shù)量越大，一旦短路時相對其標(biāo)定電壓而提供到電池上的過電壓越受到限制。在分支Br3的電池已由其他分支的電池充電后，流經(jīng)該分支的電流為零。 這種情況下，低于電池的標(biāo)定30A電流的19. 4A的電流流經(jīng)分支Br1, Br2, Br3及Br4。各種分支的電池因此很好地保護(hù)防止在其中一個電池中短路導(dǎo)致的過電流出現(xiàn)。橫向電流Iti, j為零。流經(jīng)負(fù)載3的電流為77. 6A，即接近于蓄電池4正常工作時的電流的值。一旦分支 Br3的電池被再充電，該分支也可以傳輸?shù)土考夒娏饕蕴峁┙o負(fù)載3。圖6分別顯示了在正常工作狀態(tài)下蓄電池4放電(粗體曲線)以及在短路電池存在情況下蓄電池4放電(中斷曲線)的放電曲線圖?？梢钥闯?，當(dāng)完全充電時，蓄電池4的負(fù)極端子N和正極端子P之間的電壓維持在相同的電平。如果其中一個電池出現(xiàn)故障，蓄電池4的放電閾值僅在時間Tl處達(dá)到。當(dāng)故障出現(xiàn)時，蓄電池4的性能因此降低。通過注意放電時間中低于預(yù)定閾值的下降，電路3能夠檢測電池的故障。該故障可以信號形式發(fā)給使用蓄電池4的人員，以提醒他需要維修該電池。然而，在必須維修之前蓄電池4在經(jīng)過數(shù)個充電/放電循環(huán)中仍維持有效。由于開關(guān)放置其他電池?fù)p壞，因此維修可以僅僅是改變有缺陷的電池。圖7顯示了一旦出現(xiàn)形成開路或短路的電池故障(假如是電池時的蓄電池 4。形成并聯(lián)連接器的開關(guān)使得其他電池補(bǔ)償電池的故障。0.5々的電流流經(jīng)開關(guān)02,1、 D2,4、D5a及D5,4，0. 9A的電流流經(jīng)開關(guān)D^、D3,4、D4a及D4,4。1. 4A的電流流經(jīng)開關(guān)D2,2、D2, 3、D5,2&D5,3，5.3A的電流流經(jīng)開關(guān)D3,2、D3,3、D4,2&D4,3。因此，流經(jīng)開關(guān)的每個電流未超出這些開關(guān)的截止閾值。這樣，所有正常運(yùn)行的電池放電，蓄電池4的容量因而稍微減少。蓄電池4從而可以維持一定數(shù)量的充電/放電循環(huán)的正常運(yùn)行。16. 6A、15. 7A、13. 6A、15. 7A 以及16. 6A的電流流經(jīng)第一階K1的各個電池Elij，這些電流低于這些電池中每個的標(biāo)定限制。充電/平衡電路5能夠識別電池的故障，尤其是因?yàn)榈谌AK3的更快速的放電。該故障可以信號形式發(fā)送給使用蓄電池4的人員，以提醒他有維修的需要。有利地，以這樣的方式設(shè)計(jì)開關(guān)即通過至少一個開關(guān)短路電池導(dǎo)致截止，以及開路電池引導(dǎo)未導(dǎo)致截止的各個開關(guān)中的電流。在圖3到圖7所示的例子中，充電/平衡電路5通過分支Br5的節(jié)點(diǎn)連接到分支 Br1到分支Br4。在截止開關(guān)以隔離包括有缺陷電池的分支之后，處于更遠(yuǎn)位置的分支不再連接到充電/平衡電路5上，并且可以不再被平衡。在圖4到圖7所示的故障示例中，分支 Br1和分支Br2不再被充電/平衡電路5所平衡。圖8顯示了克服上述缺陷的蓄電池的一個實(shí)施例。該實(shí)施例的原理是將對置分支中的其中一個相同階的節(jié)點(diǎn)連接到一起。因此，分支Br1和分支Br5的節(jié)點(diǎn)分別通過開關(guān)D2 到D5連接一起。充電/平衡電路5因而可以繼續(xù)對未存在缺陷的所有分支進(jìn)行充電和平衡，即使在缺陷分支存在的情況下。另外，也可以將預(yù)定階的非相鄰的兩個電池連接到充電 /平衡電路5。圖9顯示了本發(fā)明另一個實(shí)施例，其中預(yù)定階的電池端子均連接到充電/平衡電路5的其中一個相同的端子。這樣的連接使得能夠有利于充電/平衡電路5執(zhí)行充電平衡。 此外，如圖10所示在由放射狀分布的數(shù)個電池形成每個階，從而形成大體上圓柱狀的蓄電池時，這樣的連接尤其有利。點(diǎn)劃線相當(dāng)于蓄電池4各個階之間的串聯(lián)電連接器。圖11為本發(fā)明另外一個實(shí)施例的蓄電池的示意圖。在圖8所示實(shí)施例中，分支Br1 和分支Br5的節(jié)點(diǎn)分別通過開關(guān)&到D5連接一起，因此充電并平衡所有的未存在缺陷的分支，即使在缺陷分支存在的情況下。充電/平衡電路5通過連接器Ll到L6連接到每階電池的端子。此外，充電/平衡電路5與分支Br1到分支Br5中的每個為直接連接(未穿過兩個電池之間的連接節(jié)點(diǎn)的連接)，例如在節(jié)點(diǎn)N2到N5處。直接連接到充電/平衡電路5的節(jié)點(diǎn)N2到N5，串聯(lián)連接預(yù)定階的兩個電池。由此，對于任何分支，能夠確定這樣的節(jié)點(diǎn)與正極端子P之間的電壓，以及確定這樣的節(jié)點(diǎn)與負(fù)極端子N之間的電壓。以此方式，能夠識別在哪個分支中電池存在短路或開路。短路電池將特別地修改該節(jié)點(diǎn)與負(fù)極端子N之間的電壓，以及修改該節(jié)點(diǎn)與正極端子P之間的電壓。在圖示示例中，充電/平衡電路5與節(jié)點(diǎn) N2到N5的每個連接由此使得能夠確定有缺陷的分支以及繼續(xù)執(zhí)行蓄電池4各階的充電。這些電池的并聯(lián)連接器的電阻(例如開關(guān)的內(nèi)部電阻)有利地高于電池的內(nèi)部電阻。這樣，在開關(guān)導(dǎo)致截止之前，電池中電流的量級被限制。電池故障對遠(yuǎn)距離分支的影響也被限制。當(dāng)電池5通過單個分支的節(jié)點(diǎn)連接時，開關(guān)的電阻受到限制，從而防止用于遠(yuǎn)離充電/平衡電路5的分支的充電時間過多地增加。圖示開關(guān)例如是保險(xiǎn)絲。當(dāng)高于其標(biāo)定閾值的電流流經(jīng)保險(xiǎn)絲時，保險(xiǎn)絲的傳導(dǎo)截面熔化。其他類型的開關(guān)當(dāng)然也可以使用。尤其是，能夠使用可重調(diào)的開關(guān)。也可以使用正溫度系數(shù)(PTC)型開關(guān)，其中電阻隨著溫度突然地顯著增加。這種開關(guān)的電阻的增加使得能夠?qū)⒘鹘?jīng)它的電流限制到非常低的數(shù)值，從而在沒有任何熔化的情況下導(dǎo)致焦耳效應(yīng)所產(chǎn)生的能量的擴(kuò)散。如果導(dǎo)致開關(guān)中電流的故障消失，則開關(guān)繼續(xù)返回其初始導(dǎo)電電平。尤其是，PTC型開關(guān)為商業(yè)可獲得的。
權(quán)利要求
1.一種蓄電池G)，其特征在于，包括至少第一分支和第二分支(Br1,Br2),每個分支具有串聯(lián)連接的至少第一電池(E1^Eu)和第二電池(E2YE2i2),所述蓄電池還包括開關(guān)(D2, 》，通過所述開關(guān)(U所述第一電池并聯(lián)連接，以及通過所述開關(guān)(D2il)所述第二電池并聯(lián)連接，當(dāng)所述第一電池和所述第二電池中的一個形成開路時，所述開關(guān)的截止閾值被設(shè)計(jì)為引導(dǎo)電流。
2.如權(quán)利要求1所述的蓄電池，包括具有串聯(lián)連接的第一電池(U和第二電池(E2, 3)的第三分支(Br3),所述蓄電池(4)還包括另一個開關(guān)(D2,2)，通過所述開關(guān)(D2,2)所述第一電池并聯(lián)連接，以及通過所述開關(guān)(D2,2)所述第二電池并聯(lián)連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的蓄電池，其中所述第一電池形成所述蓄電池的第一階，并且其中所述第二電池形成所述蓄電池的第二階，所述蓄電池還包括平衡電路(5)，用于平衡所述第一電池和所述第二電池的電荷，所述平衡電路連接到每階的端子。
4.如權(quán)利要求3所述的蓄電池，其中并聯(lián)連接的所述第一電池和所述第二電池之間的每個聯(lián)結(jié)點(diǎn)連接到所述平衡電路(5)。
5.如權(quán)利要求2和3所述的蓄電池，其中所述第一分支和所述第三分支(Br1,Br3)的所述第一電池和所述第二電池不相鄰，并且其中所述平衡電路( 連接到所述第一分支和所述第三分支的所述第一電池和所述第二電池的端子。
6.如權(quán)利要求3所述的蓄電池，其中所述平衡電路( 通過串聯(lián)連接所述分支的每個分支的兩個電池的節(jié)點(diǎn)，連接到所述分支的每個分支上。
7.如以上權(quán)利要求其中任一項(xiàng)所述的蓄電池，其中并聯(lián)連接的所述第一電池和所述第二電池之間的聯(lián)結(jié)點(diǎn)的橫截面小于串聯(lián)連接的所述第一電池和所述第二電池之間的聯(lián)結(jié)點(diǎn)的橫截面。
8.如以上權(quán)利要求其中任一項(xiàng)所述的蓄電池，其中所述開關(guān)包括可熔電連接器。
9.如以上權(quán)利要求其中任一項(xiàng)所述的蓄電池，其中所述開關(guān)的截止閾值被設(shè)計(jì)為當(dāng)所述第一電池和所述第二電池的其中一個短路時打開。
10.如以上權(quán)利要求其中任一項(xiàng)所述的蓄電池，其中所述第一電池和所述第二電池為以下類型的電池，即在所述第一電池和所述第二電池的端子處使用高于其標(biāo)定電壓15%的電壓不會對所述第一電池和所述第二電池造成損壞。
11.如以上權(quán)利要求其中任一項(xiàng)所述的蓄電池，其中所述第一電池和所述第二電池為鋰離子類型。
12.如以上權(quán)利要求其中任一項(xiàng)所述的蓄電池，其中所述分支未提供與所述第一電池和所述第二電池串聯(lián)而設(shè)置的保護(hù)開關(guān)。
13.如以上權(quán)利要求其中任一項(xiàng)所述的蓄電池，其中所述第一電池和所述第二電池的內(nèi)部電阻小于所述開關(guān)的內(nèi)部電阻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蓄電池(4)，包括至少第一分支和第二分支(Br1，Br2)，每個分支具有串聯(lián)連接的至少第一存儲電池(E1，1，E1，2)和第二存儲電池(E2，1，E2，2)，所述蓄電池還包括開關(guān)(D2，1)，通過所述開關(guān)(D2，1)所述第一存儲電池并聯(lián)連接，以及通過所述開關(guān)(D2，1)所述第二存儲電池并聯(lián)連接，當(dāng)所述存儲電池中的一個形成開路時，所述開關(guān)的截止閾值被設(shè)計(jì)為引導(dǎo)電流。
文檔編號H01M10/0525GK102473888SQ201080030808
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者丹尼爾·查卓克斯, 布魯諾·柏安爵, 朱利安·道齊 申請人:法國原子能源和替代能源委員會