用于可調(diào)節(jié)地輸出電流的電路裝置和相應(yīng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有連接在其中的多個(gè)蓄電池單元的電路裝置，其用于在該電路裝置的輸出端輸出多個(gè)蓄電池單元的可調(diào)節(jié)的總電流，該電路裝置具有與輸出端連接的多個(gè)電流通路的并聯(lián)電路，蓄電池單元連接在該多個(gè)電流通路中，其特征在于，在多個(gè)電流通路的每個(gè)中，DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置通過(guò)其輸出端被連接，其中，多個(gè)蓄電池單元中的一個(gè)或者多個(gè)蓄電池單元的多個(gè)的串聯(lián)電路連接在該DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置的輸入端處，以及多個(gè)蓄電池單元中的至少另一個(gè)或多個(gè)蓄電池單元中的多個(gè)的串聯(lián)電路與DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置串聯(lián)連接，其中，給每個(gè)電流通路關(guān)聯(lián)一個(gè)調(diào)節(jié)裝置以用于向該電流通路的DC/DC-轉(zhuǎn)換器裝置輸出對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)值。
【專利說(shuō)明】用于可調(diào)節(jié)地輸出電流的電路裝置和相應(yīng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有連接在其中的多個(gè)蓄電池單元的電路裝置，其用于在該電路裝置的輸出端輸出多個(gè)蓄電池單元的可調(diào)節(jié)的總電流，該電路裝置具有與輸出端連接的多個(gè)電流通路的并聯(lián)電路，該蓄電池單元連接在該多個(gè)電流通路中。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于高功率和/或高能量的應(yīng)用，存在對(duì)由并聯(lián)和串聯(lián)連接的多個(gè)蓄電池單元組成的蓄電池系統(tǒng)的持續(xù)增長(zhǎng)的需求。通過(guò)電路裝置提供這樣的蓄電池系統(tǒng)。蓄電池單元在這里理解為作為可能的最小的單元的單個(gè)的蓄電池或者由多個(gè)彼此連接的蓄電池單池組成的單元。為了實(shí)現(xiàn)應(yīng)用所要求的功率密度和能量密度，要求多個(gè)蓄電池單元的并聯(lián)電路或者具有多個(gè)這樣的蓄電池單元的串聯(lián)電路的并聯(lián)電路。但是簡(jiǎn)單的并聯(lián)電路的缺點(diǎn)在于，在并聯(lián)連接的多個(gè)蓄電池單元之間或者在并聯(lián)連接的多個(gè)串聯(lián)電路之間有補(bǔ)償電流流動(dòng)，該補(bǔ)償電流對(duì)該多個(gè)蓄電池單元的使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。
[0003]這樣的蓄電池系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槔缭陲L(fēng)力發(fā)電設(shè)備和應(yīng)急電源系統(tǒng)中的靜態(tài)的應(yīng)用，也在例如電動(dòng)車輛或混合動(dòng)力車輛的車輛中。所有這些應(yīng)用對(duì)蓄電池系統(tǒng)的可靠性和故障安全性提出高的要求。通過(guò)蓄電池系統(tǒng)的電源的完全失效能夠?qū)е抡麄€(gè)應(yīng)用的失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的電路裝置提供下述的優(yōu)勢(shì)，能夠通過(guò)相對(duì)簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)單個(gè)的電流通路的電流分量進(jìn)行電流調(diào)節(jié)，以在電路裝置的輸出端達(dá)到預(yù)先給定的總電流。
[0005]在按照本發(fā)明的電路裝置中規(guī)定，在多個(gè)電流通路的每個(gè)中:(i)DC/DC_轉(zhuǎn)換裝置(直流電壓轉(zhuǎn)換裝置)通過(guò)其輸出端被連接，其中，多個(gè)蓄電池單元中的一個(gè)或多個(gè)蓄電池單元中的多個(gè)的串聯(lián)電路連接在該DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置的輸入端處；以及(ii)多個(gè)蓄電池單元中的至少另一個(gè)或多個(gè)蓄電池單元中的另外多個(gè)的串聯(lián)電路與DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置串聯(lián)連接。為了形成調(diào)節(jié)回路給電路裝置的每個(gè)電流通路關(guān)聯(lián)一個(gè)調(diào)節(jié)裝置以用于向該電流通路的DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置輸出對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)值。
[0006]優(yōu)選地，DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置集成有調(diào)節(jié)裝置以及相應(yīng)的調(diào)節(jié)回路的其它組件。這種類型的DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置是可調(diào)節(jié)電流的DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置?？烧{(diào)節(jié)電流的DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置中的每個(gè)簡(jiǎn)單地只關(guān)聯(lián)得到其自身的額定電流給定值IS()11。
[0007]在上述電路裝置中，具有DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置的每個(gè)電流通路是對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)線路(Regelstrecke)并且關(guān)聯(lián)的調(diào)節(jié)裝置是對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)器。由電路裝置的中央控制裝置和/或中央調(diào)節(jié)裝置為多個(gè)調(diào)節(jié)裝置中的每個(gè)給定該電流通路的對(duì)應(yīng)的電流額定值(額定電流給定值)。該額定電流給定值的電流額定值例如產(chǎn)生于在電路裝置的輸出端獲得的總電流或者在輸出端的電壓。
[0008]電路裝置尤其具有信號(hào)連接，對(duì)應(yīng)的用于輸出調(diào)節(jié)值的調(diào)節(jié)裝置通過(guò)該信號(hào)連接與關(guān)聯(lián)的DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置連接。
[0009]優(yōu)選在本發(fā)明的一個(gè)設(shè)計(jì)方案中規(guī)定，電路裝置具有信號(hào)連接，通過(guò)該信號(hào)連接能夠傳輸在關(guān)聯(lián)的電流通路的輸出側(cè)的終端處借助測(cè)針可測(cè)得的對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)裝置的測(cè)量值。其中優(yōu)選測(cè)量值是借助具有測(cè)針的測(cè)量裝置測(cè)取的。該測(cè)量裝置是電路裝置的一部分。
[0010]按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式規(guī)定，DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置中的每個(gè)具有至少一個(gè)開(kāi)關(guān)并且被設(shè)置用于借助該至少一個(gè)開(kāi)關(guān)將在其輸入端處連接的蓄電池單元或者多個(gè)蓄電池單元的串聯(lián)電路可選擇地納入相應(yīng)的電流通路的一部分或者替換地將電流通路的這一部分短接。
[0011]按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案，多個(gè)調(diào)節(jié)裝置被構(gòu)造為多個(gè)數(shù)字的調(diào)節(jié)裝置。該多個(gè)數(shù)字調(diào)節(jié)裝置中的每個(gè)在這里有利地具有微型計(jì)算機(jī)(yc)和/或數(shù)字的信號(hào)處理器(DSP)和/或FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列是一種現(xiàn)場(chǎng)可編程的(邏輯)門排列。在使用數(shù)字調(diào)節(jié)裝置的時(shí)，信號(hào)連接/信號(hào)導(dǎo)線被構(gòu)造為數(shù)據(jù)導(dǎo)線。
[0012]按照本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，電路裝置具有至少一個(gè)開(kāi)關(guān)以用于形成預(yù)充電接觸器，該預(yù)充電接觸器安置在電流通路的多個(gè)DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置與電路裝置的輸出端之間。
[0013]優(yōu)選地，電路裝置具有電容裝置，該電容裝置連接在電路裝置的輸出端并且被表示為中間回路電容czk。
[0014]此外，給出一種用于調(diào)節(jié)由電路裝置在其輸出端輸出的電流的方法，其中，該電路裝置被構(gòu)造為上述的電路裝置并且借助對(duì)應(yīng)的額定電流給定值對(duì)電路裝置的多個(gè)DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置中的每個(gè)進(jìn)行控制以在輸出端調(diào)節(jié)電流。其中規(guī)定，借助調(diào)節(jié)值，尤其是借助對(duì)應(yīng)的額定電流給定值對(duì)電路裝置的多個(gè)DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置中的每個(gè)進(jìn)行控制以在輸出端調(diào)節(jié)電流。相應(yīng)的調(diào)節(jié)回路具有調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置向多個(gè)DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置輸出額定電流給定值。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]下面根據(jù)多個(gè)附圖進(jìn)一步解釋本發(fā)明。其中:
[0016]圖1示出了按照本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施方式的具有連接在其中的多個(gè)蓄電池單元的電路裝置，其用于在電路裝置的輸出端輸出多個(gè)蓄電池單元的可調(diào)節(jié)的總電流；
[0017]圖2示出了按照本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施方式的電路裝置；
[0018]圖3示出了按照本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施方式的電路裝置；以及
[0019]圖4示出了按照本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施方式的電路裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0020]圖1以示意圖的形式示出了一個(gè)電路裝置10，其用于形成一個(gè)由多個(gè)彼此并聯(lián)并且串聯(lián)連接的蓄電池單元12組成的蓄電池系統(tǒng)以及用于在電路裝置10的輸出端14輸出多個(gè)蓄電池單元12的可調(diào)節(jié)的總電流Iges。電路裝置10此外具有多個(gè)電流通路16、18的并聯(lián)電路，多個(gè)電流單元12連接在該多個(gè)電流通路中。該多個(gè)電流通路16、18通過(guò)并聯(lián)電路分別與電路裝置10的輸出端14連接。在多個(gè)電流通路16、18的每個(gè)中安置DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20，該DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置通過(guò)其輸出端22連接在對(duì)應(yīng)的電流通路16、18中。多個(gè)蓄電池單元12的串聯(lián)電路26連接在對(duì)應(yīng)的DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20的輸入端24處。此外在多個(gè)電流通路16、18的每個(gè)中安置至少另一個(gè)蓄電池單元12，更準(zhǔn)確地說(shuō)是多個(gè)蓄電池單元12的串聯(lián)電路28。該串聯(lián)電路28在對(duì)應(yīng)的電流通路16、18中與對(duì)應(yīng)的DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20串聯(lián)連接。
[0021]在圖1的實(shí)施例中的DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20以具有由開(kāi)關(guān)30和感應(yīng)元件32組成的串聯(lián)電路的降壓轉(zhuǎn)換器(降壓調(diào)節(jié)器)的形式構(gòu)造。此外，在這里在與多個(gè)蓄電池單元12的串聯(lián)電路26并聯(lián)的電流通路內(nèi)設(shè)置另一個(gè)開(kāi)關(guān)34，通過(guò)該另一個(gè)開(kāi)關(guān)DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20的輸出端22能夠被短接。DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20能夠借助該兩個(gè)開(kāi)關(guān)30、34可選擇地將在其輸入端24處連接的多個(gè)蓄電池單元12納入相應(yīng)的電流通路16、18的一部分36之中或者替換地將電流通路16、18的這一部分36短接。
[0022]此外，電路裝置10在每個(gè)電流通路16、18中具有調(diào)節(jié)裝置38以用于向該電流通路16、18的多個(gè)DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20輸出對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)值。即在每個(gè)電流通路16、18內(nèi)生成調(diào)節(jié)回路。但是在圖1中只顯示該些調(diào)節(jié)回路中的一個(gè)并且因此也只顯示該些調(diào)節(jié)裝置38中的一個(gè)。因?yàn)槎鄠€(gè)DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20涉及多個(gè)可調(diào)節(jié)電流的DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20，所以調(diào)節(jié)值由所測(cè)得的電流通路16、18的實(shí)際電流和對(duì)應(yīng)的額定電流給定值Istjll得出。該額定電流給定值由電路裝置10的一個(gè)(未顯示的)中央控制裝置和/或中央調(diào)節(jié)裝置給定。
[0023]電路裝置10具有多個(gè)信號(hào)連接40，通過(guò)該多個(gè)信號(hào)連接能夠傳輸在對(duì)應(yīng)的電流通路16、18的輸出側(cè)的終端42處借助測(cè)量裝置44可測(cè)取的調(diào)節(jié)裝置38的測(cè)量值I。此夕卜，電路裝置10具有另外的多個(gè)信號(hào)連接46，對(duì)應(yīng)的用于輸出調(diào)節(jié)值的調(diào)節(jié)裝置38通過(guò)該另外的多個(gè)信號(hào)連接與關(guān)聯(lián)的DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20連接。額定電流給定值Istjll于是會(huì)影響各個(gè)DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20的開(kāi)關(guān)30、34的通斷。在所示的實(shí)施例中調(diào)節(jié)裝置38被構(gòu)造為數(shù)字調(diào)節(jié)裝置48。信號(hào)連接40、46相應(yīng)地被構(gòu)造為數(shù)據(jù)導(dǎo)線。
[0024]在電路裝置10的輸出端14處連接有電容裝置50，其被表示為中間回路電容Czk。此外，電路裝置10具有開(kāi)關(guān)裝置52，該開(kāi)關(guān)裝置安置在多個(gè)電流通路16、18的多個(gè)DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20與電路裝置10的輸出端14之間。開(kāi)關(guān)裝置52形成預(yù)充電接觸器(主接觸器S)以用于給電容裝置50，即中間回路電容Czk預(yù)充電。開(kāi)關(guān)裝置52形成為全部電流通路16、18的并聯(lián)電路的公共的接觸器(主接觸器S)。因此它安置在各個(gè)電流通路16、18的節(jié)點(diǎn)54與電路裝置10的輸出端14之間的電路內(nèi)。
[0025]圖2至4示出了電路裝置的其它的實(shí)施方式，它們基本上對(duì)應(yīng)于在附圖1中示出的電路裝置10，因此在這里僅對(duì)不同之處進(jìn)行探討。
[0026]在圖2的電路裝置中，多個(gè)電流通路16、18中的每個(gè)具有自身的開(kāi)關(guān)裝置52。多個(gè)開(kāi)關(guān)裝置52中的每個(gè)安置在電流通路16、18的相應(yīng)的DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20與多個(gè)電流通路16、18的公共的節(jié)點(diǎn)54之間的對(duì)應(yīng)的電流通路16、18中。與圖1的電路裝置10的另一個(gè)不同之處在于，在每個(gè)DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20的輸入端24處只連接單個(gè)的蓄電池單元12。
[0027]在圖3和圖4的圖示中為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)只畫出了電路裝置10的多個(gè)電流通路16中的一個(gè)。但是電路裝置10總是具有多個(gè)電流通路16、18。與在附圖1中示出的實(shí)施方式不同，在附圖3中畫出的電路裝置10的至少一個(gè)電流通路16、18中在相應(yīng)的DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20的與串聯(lián)電路28連接的連接端與電路裝置10的輸出端14之間設(shè)置額外的電流支路56。在該電流支路56內(nèi)存在另一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置58與電阻元件60的串聯(lián)電路。設(shè)置具有元件52、58、60的預(yù)充電電路裝置62。借此中間回路電容Czk能夠尤其精細(xì)地可調(diào)節(jié)地進(jìn)行預(yù)充電。
[0028]替換地，給相應(yīng)的電流通路16、18配備具有開(kāi)關(guān)64的跨接裝置以用于跨接DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20。此外，在電路裝置10中預(yù)充電電路裝置62是與全部電流通路16、18的并聯(lián)電路的共同的接觸器52并聯(lián)地實(shí)施的。相應(yīng)的電路裝置10在圖4中示出。
[0029]在按照?qǐng)D4實(shí)現(xiàn)的情況下，為了預(yù)充電首先通過(guò)開(kāi)關(guān)64接通跨接裝置并且通過(guò)閉合另一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置58實(shí)現(xiàn)Czk的預(yù)充電。然后，在打開(kāi)中間回路的跨接裝置的開(kāi)關(guān)64之后將DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20的開(kāi)關(guān)30、34的周期繼續(xù)加載到期望的額定值。隨后將其它的并聯(lián)連接的多個(gè)電流通路18的多個(gè)開(kāi)關(guān)裝置52 (接觸器)閉合并且借此通過(guò)多個(gè)DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置20將該多個(gè)電流通路18作為電源接通。
[0030]在附圖4中所示的預(yù)充電的電路裝置10中，每個(gè)DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置(每個(gè)轉(zhuǎn)換器模塊)20能夠安置在電流通路16、18中的任意位置并且不必是最靠近相應(yīng)的電流通路16、18的輸出側(cè)的終端42的元件。但是預(yù)充電的電路裝置62始終與最靠近電流通路16、18的輸出側(cè)的終端42的模塊連接。
【權(quán)利要求】
1.一種具有連接在其中的多個(gè)蓄電池單元(12)的電路裝置(10)，其用于在所述電路裝置(10)的輸出端(14)輸出所述多個(gè)蓄電池單元(12)的可調(diào)節(jié)的總電流(IgJ，所述電路裝置具有與所述輸出端(14)連接的多個(gè)電流通路(16、18)的并聯(lián)電路，所述蓄電池單元(12)連接在所述多個(gè)電流通路中，其特征在于，在多個(gè)電流通路(16、18)的每個(gè)中， -DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置(20)通過(guò)其輸出端(22)被連接，其中，所述多個(gè)蓄電池單元(12)中的一個(gè)或者所述多個(gè)蓄電池單元(12)中的多個(gè)的串聯(lián)電路(26)連接在所述DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置(20)的輸入端(24)處，以及 -所述多個(gè)蓄電池單元(12)中的至少另一個(gè)或所述多個(gè)蓄電池單元(12)中的多個(gè)的串聯(lián)電路(28)與所述DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置(20)串聯(lián)連接， 其中，給每個(gè)電流通路(16、18)關(guān)聯(lián)一個(gè)調(diào)節(jié)裝置(38)以用于向所述電流通路的所述DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置(20)輸出對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，其特征在于具有中央控制裝置和/或中央調(diào)節(jié)裝置，用于借助至多個(gè)調(diào)節(jié)裝置(38)中的每個(gè)的對(duì)應(yīng)的額定電流給定值(Istjll)來(lái)調(diào)節(jié)在所述輸出端(14)處的電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路裝置，其特征在于具有信號(hào)連接(46)，對(duì)應(yīng)的用于輸出所述調(diào)節(jié)值的所述調(diào)節(jié)裝置(38)通過(guò)所述信號(hào)連接與所關(guān)聯(lián)的DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置(20)相連接。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電路裝置，其特征在于，所述電路裝置(10)具有信號(hào)連接(40)，通過(guò)所述信號(hào)連接在所關(guān)聯(lián)的電流通路(16、18)的輸出側(cè)的終端(42)處借助測(cè)針可測(cè)得的對(duì)應(yīng)的所述調(diào)節(jié)裝置(38)的測(cè)量值(I)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電路裝置，其特征在于，所述DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置(20)中的每個(gè)具有至少一個(gè)開(kāi)關(guān)(30、34)并且被設(shè)置用于借助所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)(30、34)將在其輸入端(24)處連接的所述蓄電池單元(12)或者多個(gè)蓄電池單元(12)的串聯(lián)電路可選擇地納入相應(yīng)的所述電流通路(16、18)的一部分(36)或者替換地將所述電流通路(16、18)的這一部分(36)短接。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電路裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(38)被構(gòu)造為數(shù)字的調(diào)節(jié)裝置(48)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電路裝置，其特征在于具有至少一個(gè)開(kāi)關(guān)(46)以用于形成預(yù)充電接觸器，所述預(yù)充電接觸器安置在所述電流通路(16、18)的多個(gè)DC/DC-轉(zhuǎn)換裝置(20)與所述電路裝置(10)的所述輸出端(14)之間。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電路裝置，其特征在于具有電容裝置(32)，所述電容裝置連接在所述電路裝置(10)的所述輸出端(14)處，并且表示為中間回路電容(Czk)。
9.一種用于調(diào)節(jié)由所述電路裝置(10)在其輸出端(14)輸出的電流(IgJ的方法，其中，所述電路裝置(10)被構(gòu)造為根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)并且借助對(duì)應(yīng)的額定電流給定值(Istjll)對(duì)所述電路裝置(10)的所述調(diào)節(jié)裝置(38)中的每個(gè)進(jìn)行控制以在所述輸出端(14)調(diào)節(jié)所述電流。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104037838SQ201410102304
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月8日
【發(fā)明者】S·布茨曼 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會(huì)社