CN104037838B - 用于可调节地输出电流的电路装置和相应的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有连接在其中的多个蓄电池单元的电路装置，其用于在该电路装置的输出端输出多个蓄电池单元的可调节的总电流，该电路装置具有与输出端连接的多个电流通路的并联电路，蓄电池单元连接在该多个电流通路中，其特征在于，在多个电流通路的每个中，DC/DC‑转换装置通过其输出端被连接，其中，多个蓄电池单元中的一个或者多个蓄电池单元的多个的串联电路连接在该DC/DC‑转换装置的输入端处，以及多个蓄电池单元中的至少另一个或多个蓄电池单元中的多个的串联电路与DC/DC‑转换装置串联连接，其中，给每个电流通路关联一个调节装置以用于向该电流通路的DC/DC‑转换器装置输出对应的调节值。

Description

用于可调节地输出电流的电路装置和相应的方法

技术领域

本发明涉及一种具有连接在其中的多个蓄电池单元的电路装置，其用于在该电路装置的输出端输出多个蓄电池单元的可调节的总电流，该电路装置具有与输出端连接的多个电流通路的并联电路，该蓄电池单元连接在该多个电流通路中。

背景技术

对于高功率和/或高能量的应用，存在对由并联和串联连接的多个蓄电池单元组成的蓄电池系统的持续增长的需求。通过电路装置提供这样的蓄电池系统。蓄电池单元在这里理解为作为可能的最小的单元的单个的蓄电池或者由多个彼此连接的蓄电池单池组成的单元。为了实现应用所要求的功率密度和能量密度，要求多个蓄电池单元的并联电路或者具有多个这样的蓄电池单元的串联电路的并联电路。但是简单的并联电路的缺点在于，在并联连接的多个蓄电池单元之间或者在并联连接的多个串联电路之间有补偿电流流动，该补偿电流对该多个蓄电池单元的使用寿命产生负面影响。

这样的蓄电池系统的应用领域为例如在风力发电设备和应急电源系统中的静态的应用，也在例如电动车辆或混合动力车辆的车辆中。所有这些应用对蓄电池系统的可靠性和故障安全性提出高的要求。通过蓄电池系统的电源的完全失效能够导致整个应用的失效。

发明内容

根据本发明的电路装置提供下述的优势，能够通过相对简单的方法实现对每个单个的电流通路的电流分量进行电流调节，以在电路装置的输出端达到预先给定的总电流。

在按照本发明的电路装置中规定，在多个电流通路的每个中：(i)DC/DC-转换装置(直流电压转换装置)通过其输出端被连接，其中，多个蓄电池单元中的一个或多个蓄电池单元中的多个的串联电路连接在该DC/DC-转换装置的输入端处；以及(ii)多个蓄电池单元中的至少另一个或多个蓄电池单元中的另外多个的串联电路与DC/DC-转换装置串联连接。为了形成调节回路给电路装置的每个电流通路关联一个调节装置以用于向该电流通路的DC/DC-转换装置输出对应的调节值。

优选地，DC/DC-转换装置集成有调节装置以及相应的调节回路的其它组件。这种类型的DC/DC-转换装置是可调节电流的DC/DC-转换装置。可调节电流的DC/DC-转换装置中的每个简单地只关联得到其自身的额定电流给定值I_soll。

在上述电路装置中，具有DC/DC-转换装置的每个电流通路是对应的调节回路的调节线路(Regelstrecke)并且关联的调节装置是对应的调节回路的调节器。由电路装置的中央控制装置和/或中央调节装置为多个调节装置中的每个给定该电流通路的对应的电流额定值(额定电流给定值)。该额定电流给定值的电流额定值例如产生于在电路装置的输出端获得的总电流或者在输出端的电压。

电路装置尤其具有信号连接，对应的用于输出调节值的调节装置通过该信号连接与关联的DC/DC-转换装置连接。

优选在本发明的一个设计方案中规定，电路装置具有信号连接，通过该信号连接能够传输在关联的电流通路的输出侧的终端处借助测针可测得的对应的调节装置的测量值。其中优选测量值是借助具有测针的测量装置测取的。该测量装置是电路装置的一部分。

按照本发明的一个优选的实施方式规定，DC/DC-转换装置中的每个具有至少一个开关并且被设置用于借助该至少一个开关将在其输入端处连接的蓄电池单元或者多个蓄电池单元的串联电路可选择地纳入相应的电流通路的一部分或者替换地将电流通路的这一部分短接。

按照本发明的一个优选的改进方案，多个调节装置被构造为多个数字的调节装置。该多个数字调节装置中的每个在这里有利地具有微型计算机(μC)和/或数字的信号处理器(DSP)和/或FPGA(现场可编程门阵列)。现场可编程门阵列是一种现场可编程的(逻辑)门排列。在使用数字调节装置的时，信号连接/信号导线被构造为数据导线。

按照本发明的另一个优选的实施方式，电路装置具有至少一个开关以用于形成预充电接触器，该预充电接触器安置在电流通路的多个DC/DC-转换装置与电路装置的输出端之间。

优选地，电路装置具有电容装置，该电容装置连接在电路装置的输出端并且被表示为中间回路电容C_zk。

此外，给出一种用于调节由电路装置在其输出端输出的电流的方法，其中，该电路装置被构造为上述的电路装置并且借助对应的额定电流给定值对电路装置的多个DC/DC-转换装置中的每个进行控制以在输出端调节电流。其中规定，借助调节值，尤其是借助对应的额定电流给定值对电路装置的多个DC/DC-转换装置中的每个进行控制以在输出端调节电流。相应的调节回路具有调节装置，该调节装置向多个DC/DC-转换装置输出额定电流给定值。

附图说明

下面根据多个附图进一步解释本发明。其中：

图1示出了按照本发明的第一优选实施方式的具有连接在其中的多个蓄电池单元的电路装置，其用于在电路装置的输出端输出多个蓄电池单元的可调节的总电流；

图2示出了按照本发明的第二优选实施方式的电路装置；

图3示出了按照本发明的第三优选实施方式的电路装置；以及

图4示出了按照本发明的第四优选实施方式的电路装置。

具体实施方式

图1以示意图的形式示出了一个电路装置10，其用于形成一个由多个彼此并联并且串联连接的蓄电池单元12组成的蓄电池系统以及用于在电路装置10的输出端14输出多个蓄电池单元12的可调节的总电流I_ges。电路装置10此外具有多个电流通路16、18的并联电路，多个电流单元12连接在该多个电流通路中。该多个电流通路16、18通过并联电路分别与电路装置10的输出端14连接。在多个电流通路16、18的每个中安置DC/DC-转换装置20，该DC/DC-转换装置通过其输出端22连接在对应的电流通路16、18中。多个蓄电池单元12的串联电路26连接在对应的DC/DC-转换装置20的输入端24处。此外在多个电流通路16、18的每个中安置至少另一个蓄电池单元12，更准确地说是多个蓄电池单元12的串联电路28。该串联电路28在对应的电流通路16、18中与对应的DC/DC-转换装置20串联连接。

在图1的实施例中的DC/DC-转换装置20以具有由开关30和感应元件32组成的串联电路的降压转换器(降压调节器)的形式构造。此外，在这里在与多个蓄电池单元12的串联电路26并联的电流通路内设置另一个开关34，通过该另一个开关DC/DC-转换装置20的输出端22能够被短接。DC/DC-转换装置20能够借助该两个开关30、34可选择地将在其输入端24处连接的多个蓄电池单元12纳入相应的电流通路16、18的一部分36之中或者替换地将电流通路16、18的这一部分36短接。

此外，电路装置10在每个电流通路16、18中具有调节装置38以用于向该电流通路16、18的多个DC/DC-转换装置20输出对应的调节值。即在每个电流通路16、18内生成调节回路。但是在图1中只显示该些调节回路中的一个并且因此也只显示该些调节装置38中的一个。因为多个DC/DC-转换装置20涉及多个可调节电流的DC/DC-转换装置20，所以调节值由所测得的电流通路16、18的实际电流和对应的额定电流给定值I_soll得出。该额定电流给定值由电路装置10的一个(未显示的)中央控制装置和/或中央调节装置给定。

电路装置10具有多个信号连接40，通过该多个信号连接能够传输在对应的电流通路16、18的输出侧的终端42处借助测量装置44可测取的调节装置38的测量值I。此外，电路装置10具有另外的多个信号连接46，对应的用于输出调节值的调节装置38通过该另外的多个信号连接与关联的DC/DC-转换装置20连接。额定电流给定值I_soll于是会影响各个DC/DC-转换装置20的开关30、34的通断。在所示的实施例中调节装置38被构造为数字调节装置48。信号连接40、46相应地被构造为数据导线。

在电路装置10的输出端14处连接有电容装置50，其被表示为中间回路电容C_zk。此外，电路装置10具有开关装置52，该开关装置安置在多个电流通路16、18的多个DC/DC-转换装置20与电路装置10的输出端14之间。开关装置52形成预充电接触器(主接触器S)以用于给电容装置50，即中间回路电容C_zk预充电。开关装置52形成为全部电流通路16、18的并联电路的公共的接触器(主接触器S)。因此它安置在各个电流通路16、18的节点54与电路装置10的输出端14之间的电路内。

图2至4示出了电路装置的其它的实施方式，它们基本上对应于在附图1中示出的电路装置10，因此在这里仅对不同之处进行探讨。

在图2的电路装置中，多个电流通路16、18中的每个具有自身的开关装置52。多个开关装置52中的每个安置在电流通路16、18的相应的DC/DC-转换装置20与多个电流通路16、18的公共的节点54之间的对应的电流通路16、18中。与图1的电路装置10的另一个不同之处在于，在每个DC/DC-转换装置20的输入端24处只连接单个的蓄电池单元12。

在图3和图4的图示中为了简明起见只画出了电路装置10的多个电流通路16中的一个。但是电路装置10总是具有多个电流通路16、18。与在附图1中示出的实施方式不同，在附图3中画出的电路装置10的至少一个电流通路16、18中在相应的DC/DC-转换装置20的与串联电路28连接的连接端与电路装置10的输出端14之间设置额外的电流支路56。在该电流支路56内存在另一个开关装置58与电阻元件60的串联电路。设置具有元件52、58、60的预充电电路装置62。借此中间回路电容C_zk能够尤其精细地可调节地进行预充电。

替换地，给相应的电流通路16、18配备具有开关64的跨接装置以用于跨接DC/DC-转换装置20。此外，在电路装置10中预充电电路装置62是与全部电流通路16、18的并联电路的共同的接触器52并联地实施的。相应的电路装置10在图4中示出。

在按照图4实现的情况下，为了预充电首先通过开关64接通跨接装置并且通过闭合另一个开关装置58实现C_zk的预充电。然后，在打开中间回路的跨接装置的开关64之后将DC/DC-转换装置20的开关30、34的周期继续加载到期望的额定值。随后将其它的并联连接的多个电流通路18的多个开关装置52(接触器)闭合并且借此通过多个DC/DC-转换装置20将该多个电流通路18作为电源接通。

在附图4中所示的预充电的电路装置10中，每个DC/DC-转换装置(每个转换器模块)20能够安置在电流通路16、18中的任意位置并且不必是最靠近相应的电流通路16、18的输出侧的终端42的元件。但是预充电的电路装置62始终与最靠近电流通路16、18的输出侧的终端42的模块连接。

Claims (8)

1.一种具有连接在其中的多个蓄电池单元(12)的电路装置(10)，其用于在所述电路装置(10)的输出端(14)输出所述多个蓄电池单元(12)的可调节的总电流(I_ges)，所述电路装置具有与所述输出端(14)连接的多个电流通路(16、18)的并联电路，所述蓄电池单元(12)连接在所述多个电流通路中，其特征在于，在多个电流通路(16、18)的每个中，

-DC/DC-转换装置(20)通过其输出端(22)被连接，其中，所述多个蓄电池单元(12)中的一个或者所述多个蓄电池单元(12)中的多个的串联电路(26)连接在所述DC/DC-转换装置(20)的输入端(24)处，以及

-所述多个蓄电池单元(12)中的至少另一个或所述多个蓄电池单元(12)中的多个的串联电路(28)与所述DC/DC-转换装置(20)串联连接，

其中，给每个电流通路(16、18)关联一个调节装置(38)以用于向所述电流通路的所述DC/DC-转换装置(20)输出对应的调节值；

并且其中，所述DC/DC-转换装置(20)中的每个具有至少一个开关(30、34)并且被设置用于借助所述至少一个开关(30、34)将在其输入端(24)处连接的所述蓄电池单元(12)或者多个蓄电池单元(12)的串联电路可选择地纳入相应的所述电流通路(16、18)的一部分(36)或者替换地将所述电流通路(16、18)的这一部分(36)短接。

2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于具有中央控制装置和/或中央调节装置，用于借助至多个调节装置(38)中的每个的对应的额定电流给定值(I_soll)来调节在所述输出端(14)处的电流。

3.根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于具有信号连接(46)，对应的用于输出所述调节值的所述调节装置(38)通过所述信号连接与所关联的DC/DC-转换装置(20)相连接。

4.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述电路装置(10)具有信号连接(40)，通过所述信号连接在所关联的电流通路(16、18)的输出侧的终端(42)处借助测针可测得的对应的所述调节装置(38)的测量值(I)。

5.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述调节装置(38)被构造为数字的调节装置(48)。

6.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于具有至少一个开关(52)以用于形成预充电接触器，所述预充电接触器安置在所述电流通路(16、18)的多个DC/DC-转换装置(20)与所述电路装置(10)的所述输出端(14)之间。

7.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于具有电容装置(50)，所述电容装置连接在所述电路装置(10)的所述输出端(14)处，并且表示为中间回路电容(C_zk)。

8.一种用于调节由所述电路装置(10)在其输出端(14)输出的电流(I_ges)的方法，其中，所述电路装置(10)被构造为根据前述权利要求中任一项并且借助对应的额定电流给定值(I_soll)对所述电路装置(10)的所述调节装置(38)中的每个进行控制以在所述输出端(14)调节所述电流。