CN108292848A - 汽车双电压电池充电系统 - Google Patents

Abstract

一种双电压电源，包括至少一个具有多个电池模块B_i的电池(20)和第一开关组S_j，该第一开关组S_j用于串联连接电池模块从而在第一开关S_j闭合的情况下向第一电路提供第一电压并且在第一开关S_j打开的情况下断开串联连接；以及至少一个连接抽头，该连接抽头连接到电池模块B_i中的一个电池模块，以将其电压U₂提供给在比第一电路(1)低的电压(U₂)处操作的第二电路(2)，并且该连接抽头通过第二开关组P_i+、P_i‑并联连接到其它电池模块B_i，其中在第二开关组P_i+、P_i‑闭合的情况下，其它电池模块B_i与彼此以及电池模块B_i中的所述一个电池模块并联连接，并且在第二开关组P_i+、P_i‑打开的情况下，其它电池模块B_i不并联连接，如果电池模块B_i中的所述一个电池模块对至少一个DC/DC转换器(30)供电以用于在第一电路的低功率需求时间期间对第一电路供电(2)，并且如果至少一个电容器C₁并联连接到DC/DC转换器(30)的输出端，那么，即使内燃机以比较低的转速驱动它们，也能够用现成的发电机充电。

Description

汽车双电压电池充电系统

技术领域

本发明涉及为用于车辆(例如，轻型卡车、卡车、汽车等)的双电压电源充电。双电压电源至少包括具有多个电池模块的电池。电池还可以包括用于串联连接电池模块的第一开关组和用于并联连接电池模块的第二开关组。在建立串联连接的情况下，第一电压U₁经由第一连接抽头(tap)提供给第一电路。第二电压U₂经由第二连接抽头提供给第二电路。在建立并联连接的情况下，全部或一些电池模块可以经由第二连接抽头连接到第二电路。本发明还涉及用于操作这种双电压电源和用于对电池充电的方法。

背景技术

US 2004/0130214 A1建议了一种用于汽车应用的双电压系统。双电压系统具有包括电池的42V电路、用于对电池充电的交流发电机以及高功率负载，像是例如起动器。电池由多个串联连接的电池单元组成，以获得所述42V。电池还提供低电压抽头，用于以14V向低电压电路馈电。低电压抽头仅仅是到电池单元的串联连接的中间电压电平的连接。两个电压电路通过双向DC/DC转换器耦合。在从低电压电路抽取的负载为低的情况下，低电压电路由DC/DC转换器馈电。在低电压电路的电流需求较高的情况下，由DC/DC转换器的低电压输出端提供的电压下降并且额外所需的能量由低电压抽头提供。电池单元的不对称放电由电荷均衡器进行补偿。

US 2014/0265559 A1也涉及用于汽车应用的双电压系统。第一电压系统对DC/DC转换器的输入侧供电，DC/DC转换器进而向第二电压系统供给较高的电压。第二电压系统包括能量存储装置。如果DC/DC转换器的输入侧的功率需求超过阈值，则能量存储装置提供额外的功率。

US 4,992,672公开了包括由车辆发动机以可变速度驱动的交流发电机的双电压电源。该交流发电机以第一电压电平直接向如风挡加热器等的负载馈电并且由第一或第二电压调节器控制(其中第一电压电平高于第二电压电平)，后者控制交流发电机场电流。交流发电机输出经由第二电压调节器供给以对电池充电并向第二电压电路提供电力。在高功率以及因此第一电压设备被关闭的情况下，交流发电机输出被调节以通过交流发电机场控制电路维持对电池的充电。

DE 10 2013 113 182 A1公开了用于向12V和48V电路馈电的双电压电池。该电池具有由第一开关组串联连接并且由第二开关组并联连接的多个电池单元。在第一开关组闭合的情况下，第二开关组打开并且电池连接到48V电路。48V电路包括用于对电池充电的发电机。该发电机也用作辅助内燃机的马达。可替代地，第二开关组闭合，第一开关组打开并且电池连接到12V电路。在内燃机需要辅助或处于发电机辅助制动(通常被称为“再生(recuperation)”)的情况下，电池和发电机切换到它们的48V模式以使电流保持为低。如果必须向另外的48V设备供给能量，则建议额外的48V电池。可替代地，可以并联连接多个双电压电池。后者的优点是12V电路和48V电路可以并行使用，并且负载可以跨电池分布。

DE 10 2012 010 711 A1也涉及用于向12V和48V系统馈电的双电压电池系统。像在DE 10 2013 113 182 A1中一样，电池单元串联连接来提供48V以及并联连接来提供12V。

发明内容

本发明要解决的问题基于以下观察：汽车中的高电压设备在它们不被需要的情况下也不能简单地关闭，因为这些设备通常必须要被快速激活并且因此不能被完全关闭，如在US 4,992,672中所建议的。DE 10 2013 113 182 A1的教导在轻度混合动力系统中具有巨大优势，但对于非混合动力车辆，12V技术中的单独的起动器和交流发电机比48V技术便宜得多。但是，完全回复到12V系统在高功率负载(例如，电动转向系统(EPS))的情况下引起实质性问题。此外，这些系统在驾驶时不能被简单地关闭，因为它们大多由复杂的控制器控制。除此之外，对48V电路充电需要由发电机提供对应的电压。但是，如果内燃机以低发动机转速(rpm)运行，那么由现成的发电机提供的电压低于所述48V并且电池不能被充电。当在高档位中以中等速度行驶时，尤其是当其中将发生再生的减速时，这是例如相关的。但是当然，在低或中等发动机功率下对电池充电是有利的。

在独立权利要求中描述了这些问题的解决方案。从属权利要求涉及本发明的进一步改进。这个问题的解决方案利用了以下观察：大多数高功率负载仅少量时间但反复地需要相对高的电流。

双电压电源至少包括具有多个电池模块的电池。电池模块可以各自包括多个电池单元。电池模块的额定电压应该是相同的，例如，12V标称电压，像是典型的汽车电池。优选地，电池包括至少一个电池管理模块，例如，每个电池模块可以包括用于高效地对相应电池模块充电的电池管理模块。(一个或多个)充电管理模块可以例如经由总线系统与控制器和/或彼此进行通信。

电池还可以包括用于串联连接电池模块的第一开关组。换句话说，电池模块被串联连接，其中所述第一开关组中的开关位于每两个电相邻的电池模块之间，以或者在开关闭合的情况下连接所述模块，或者在开关打开的情况下断开它们。此外，电池可以包括第二开关组，当第二开关组闭合时，第二开关组并联连接所述电池模块中的至少两个。优选地，由所述第一开关组连接的所有电池模块也由所述第二开关组连接。

当闭合第一开关组时，经由第一连接抽头向第一电路供给第一电压。打开所述第一开关组将电池模块彼此断开。所述第一电路可以包括需要相对高的电力量的负载，像是例如EPS或辅助发动机。这些应用需要高达15kW的峰值功率供应。但是，这种高功率并不是连续需要的，而是仅仅在需求时且在少量时间内需要。同时，在所谓的空闲状态期间，所需的功率在几瓦的范围内，例如，1至10W，在一些情况下高达500W。在这些“低功率时间”期间，简单且因此便宜的第一DC/DC转换器可以向第一连接抽头以及因此向第一电路提供所需功率，但是，如果所需功率升高并且不能由第一DC/DC转换器提供，那么第一开关组可以闭合，并且电池模块由此可以串联连接以对第一电路供能。

当打开第一开关组并闭合第二开关组时，相应的电池模块经由第二连接抽头并联连接到第二电路，并且可以例如通过由内燃机驱动的发电机并行地充电。可替代地，可以从处于第二电压电平的电池抽取比较高的电流，例如，用于发动(cranking)，即，起动内燃机。

优选地，即使在第二开关组打开的情况下，第二连接抽头并且因此第二电路也可以保持连接到电池模块中的一个电池模块。该优选的连接可以是硬接线的(即，永久性的)，或者由控制器来控制，该控制器操作在连接抽头和电池模块中的所述一个电池模块之间中的至少一个开关。这使得能够独立于开关组的设置向第二电路提供电力，即，为第二电路供电。除此之外，这使得能够连续地为第二电路供电或者独立于开关组的状态对所述电池模块充电。此外，即使由发电机提供的电压低于第一电压U₁，例如，由于内燃机以对应的低转速运行，电池模块中的至少这一个电池模块也可以被充电。只是为了避免歧义，在电池模块中的一个电池模块和第二电路之间提供连接是可选的，但是是优选的。特别地，在电池被串联连接的同时，控制器可以经由通信总线与电池的电池管理模块通信，并且基于电池管理模块提供的信息来选择用于连接到第二连接抽头的电池模块。例如，控制器可以选择具有最高可用容量和/或充电状态的电池模块以用于连接到第二连接抽头。

第一和第二电路优选地共享公共接地并且因此不被流电地(galvanically)隔离。这降低了电路的复杂性。例如，单个连接抽头足以将电池永久性连接到第二电路(假定第一和第二电路共享公共接地)。

仅仅为了避免歧义，闭合或打开开关组分别意味着闭合或打开所述开关组中的所有开关。开关通常是半导体开关，例如，IGBT或MOSFET。当然也可以使用接触器或其它类型。开关优选地由控制器控制，即，控制器连接到相应开关的控制输入端以通过控制控制输入端处的电压来改变其状态。实际上，控制器可以控制所述半导体开关的栅极电压。

优选地，双电压电源还包括至少一个第一DC/DC转换器。所述第一DC/DC转换器的输入端由第二电路供电(优选地仅由其供电)，并且所述第一DC/DC转换器的输出端对第一电路供电。至少一个存储电容器可以并联连接到第一DC/DC转换器的输出端。在由第一电路的(一个或多个)负载抽取的功率低于功率阈值(该功率阈值优选地低于第一DC/DC转换器的额定功率)的情况下，第一DC/DC转换器使得能够永久性地对第一电路供电，即，即使第一开关组打开。如果(一个或多个)负载处于空闲状态，那么通常是这种情况。例如，在沿着直道驾驶时，EPS只抽取很少的功率。换句话说，由第一DC/DC转换器提供的功率足以维持处于空闲状态的第一电路的负载。但是，在第一DC/DC转换器不能提供所需功率的情况下，例如，由于EPS需要更高的电流，那么第一开关组闭合并且电流由电池提供。因此，控制器可以监视所需的功率并且在功率需求高于功率阈值(例如，可以由第一DC/DC转换器提供的功率)的情况下，闭合第一开关组。高于第一DC/DC转换器的标称功率的功率需求的短峰值和/或小峰值可以通过存储电容器进行补偿而无需闭合第一开关组，并且因此在由发电机提供的电压低于第一电压U1的情况下不中断对电池模块的充电。在峰值之后，存储电容器可以由第一DC/DC转换器重新加载。优选地，存储电容器的容量C大于或等于1s·l_max/U₁，其中l_max是第一DC/DC转换器的最大额定电流，甚至更优选地，容量C更大等于2s·l_max/U₁或甚至更大或等于5s·l_max/U₁。这意味着第一DC/DC转换器分别需要1、2或5秒才能为完全放电的存储电容器充电。

因此，只有在功率需求超过DC/DC控制器的额定功率达由电容器限定的时间量的情况下，才需要串联连接电池模块。因此，监视电容器的电压本质上就足够了。此外，也可以监视表示电容器的充电状态的其它实体。另一个选择是监视DC/DC转换器的温度，并且如果DC/DC转换器的温度(和/或温度的变化，即，一次导数和/或二次导数)超过阈值，则串联连接电池模块。

如从以上显而易见的，第一DC/DC转换器的标称功率明显小于电池的标称功率。例如，第一DC/DC转换器的标称功率小于或等于电池的标称功率的10％。优选地，第一DC/DC转换器的标称功率小于或等于电池的标称功率的5％或甚至小于或等于电池的标称功率的1％。在任何情况下，第一DC/DC转换器优选地关于第一电路的负载来确定尺寸。

为了监视所需功率，所述控制器可以例如测量第一DC/DC转换器的输入和/或输出电流，并且在所述电流中的至少一个超过相应阈值的情况下闭合第一开关组。电流可以被测量，例如，作为分路器(shunt)两端的电压被测量。可替代地(或附加地)，第一电路的电压可以由控制器监视。在第一电路的所述电压下降到低于阈值的情况下，第一开关组闭合。在所述电压再次升高的情况下，这可以指示负载减小并且第一开关组可以被再次打开。优选地，第二开关组或它们中的至少一些进而被闭合，例如，用于对由此与第二电路并联连接的电池模块充电。总而言之，双电压电源可以优选地包括控制器，该控制器被配置为用于监视电容器处的电压并且用于在电容器处的电压下降到低于预定义的值的情况下闭合第一开关组并打开第二开关组，反之亦然。

优选地，在第一开关组闭合的情况下，第一DC/DC转换器被关闭和/或与第一电路断开。这可以由控制第一和第二开关组的控制器执行。系统的效率得到增强并且避免了在电池电压下降的情况下第一DC/DC转换器的潜在过载。

可替代地或附加地，第一电路的负载(例如，所述EPS)可以例如经由通信线路或通信总线向控制器发信号通知其升高的功率需求，控制器进而在被发信号通知的功率需求超过阈值的情况下闭合第一开关组。由此，如果升高的功率需求提前被发信号通知，那么闭合第一开关组被加速或甚至可以提前发生。

双电压电源还可以包括至少一个转换开关，其将发电机与或者第二电路或者第一电路连接。控制器可以确定由发电机供给的电压，并且在由发电机供给的电压高于预定电压的情况下，控制器闭合第一开关组、打开第二开关组并且通过所述转换开关的对应激活将发电机连接到第一电路。但是，在由发电机供给的电压低于预定电压的情况下，控制器通过所述转换开关的对应激活将发电机连接到第二电路。这使得能够高效地装载电池模块并且特别地向第一电路的负载馈电，该第一电路的负载通常具有直接通过发电机的增强的功率需求。电池模块的使用寿命相应地得到增强。

控制器还可以使用由发电机供给的电流作为输入信号并且响应于由发电机供给的电流来控制至少所述转换开关。

如以上已经提到的，发电机电压(并且因此还有电流)依赖于驱动所述发电机的内燃机的转速。如果发动机的转速超过转速阈值，则发电机可以通过转换开关的对应激活被连接到第一电路，并且电池模块可以通过所述第一开关组串联连接，从而对它们以及电容器充电。因此控制器可以监视内燃机的转速和/或发电机的转速。控制器可以将所述转速中的至少一个与对应的转速阈值进行比较，并且在监视到的转速超过其对应的转速阈值的情况下激活转换开关以将发电机连接到第一电路并闭合第一开关组。

优选地，依赖于第一电路的功率需求(即，第一电路的功耗)，转换开关将发电机或者与连接到第二电路的电池模块之一连接或者与第一电路连接。在第一电路的功耗高于功耗阈值的情况下，控制器激活转换开关以将发电机与第一电路连接。由于发电机的电压适于相应电路的电压，因此可以由发电机提供的功率通过将其连接到第一电路而显著增强，因为限制因素是最大电流。

在没有所述转换开关的情况下，发电机可以仅连接到第一电路，例如，连接到连接接头(tab)以用于向第二电路供给电压并且用于至少对电池模块中的所述一个电池模块充电。在第二开关组闭合的情况下，电池模块被并行地充电。

在上文中，预期清楚的是，或者第一开关组或者第二开关组可以被闭合，因为隐含的是两个开关组不能被同时闭合。换句话说，在第一开关组闭合的情况下第二开关组始终是打开的，并且在第二开关组闭合的情况下第一开关组始终是打开的。可以同时打开两个开关组。在后一种情况下，一个电池模块向第二电路供电，并且经由第一DC/DC转换器向第一电路供电。

双电压电源可以是具有除了双电压电源的两个电压电平之外的第三电压电平的三电压系统的一部分。三电压系统可以安装在具有用于驱动车辆的电马达的车辆中。电马达可以代替内燃机，或者它可以是具有或者并联或者串联配置的电马达和内燃机的混合动力车辆的一部分。这些系统通常具有显著高于上述第一和第二电压的第三电压电平，第三电压电平的典型电压范围高达400-600V(DC)。该第三电压电平由比双电压电源的电池具有更高容量的电池提供，因为典型车辆的主要能耗需要用于驱动车辆(仅存在少数例外)。以第三电压电平操作的电路(简称'第三电路')优选地经由至少一个第二DC/DC转换器耦合到双电压电源。第二DC/DC转换器的输入侧由第三电路供能。第二DC/DC转换器的输出侧可以连接到第一电路的连接接头。甚至更优选地，第二DC/DC转换器的输出侧可以经由至少一个开关连接到第一或第二电路。例如，控制器可以操作所述至少一个开关，并且优选地也操作第二DC/DC转换器的标称输出电压。可替代地，第二DC/DC转换器可以包括用于确定所需输出电压并相应地对其进行调整的电路。因此，如上所述，双电压电源可以向第一和第二电路提供能量。此外，双电压电源的电池可以使用由第三电路提供的能量来充电。在低功率需求时，要提供给第一和第二电路的能量可以由第一和第二DC/DC转换器提供。另一种可能性是将第二DC/DC转换器的输出侧连接到第一电路的连接抽头。该第一电路对第三DC/DC转换器的输入侧供电。第三DC/DC转换器的输出侧可以例如经由连接抽头与第二电路连接，从而向第二电路馈电。第一DC/DC转换器和存储电容器中的至少一个可以进而被省略。第二DC/DC转换器也可以在反方向上操作，这意味着输入连接可以用作输出并且输出用作输入(像是例如，在第三电路的存储装置的故障情况下)，以便从双电压电源向第三电路供电。

DC/DC转换器在本领域中是已知的并且包括升压转换器、反激式(fly-back)转换器、正向转换器、推挽转换器、电压倍增器等，仅仅举出了几个。简而言之，DC/DC转换器将第一DC电压变换成另一个DC电压。

附图说明

在下文中，将通过示例而不限制总体发明概念的方式，参考附图关于实施例的示例来描述本发明。

图1示出了本发明的第一示例。

图2示出了本发明的第二示例。

图3示出了根据本发明的方法的流程图。

图4示出了本发明的第三示例。

图5示出了本发明的第四示例。

具体实施方式

在图1中示出了双电压电力系统的优选实施例。双电压电力系统具有带有至少一个负载的第一电路1。负载是可选的。仅作为示例，示出了三个负载R₁₁、R₁₂、R₁₃。第一电路1以第一电压电平U₁操作，并且连接到双电压电源10以由所述双电压电源10供能。由R_1i表示的负载可以是辅助设备，像是例如，EPS或辅助驱动。如上所述，这样的设备需要高达15kW的相对高的功率量和在空闲状态下的低功率量。

双电压电力系统具有带有至少一个负载R₂₁的第二电路2。第二电路2以第二电压电平U₂操作。第二电路2连接双电压电源10并因此由其供电。U₂小于U₁。在汽车应用中，第二电压电平U₂通常为12V。对于卡车、农业机械等24V是常见的。第一电压U₁高于第二电压U₂，例如，48V，60V等。大多数情况下，它是第二电压U₂的整数倍。在这个示例中，第一和第二电路U₁、U₂共享公共接地。

双电压电源包括具有至少两个电池模块B_i(i_max≤i≤1；2≤i_max)的电池20。作为示例，示出了四个电池模块B₁至B₄。每个电池模块B_i包括至少一个电池单元；通常电池模块B_i可以各自包括串联连接的多个电池单元，以由电池模块B_i中的每个电池模块提供第二电压电平U₂。

第一开关组S_j串联连接电池模块B_i，从而在所有开关S_j(j_max≤j≤1，j_max＝i_max-1)闭合的情况下向第一电路提供所述第一电压U₁。换句话说，第一电池模块B₁的正极通过所述第一开关组中的第一开关S₁连接到第二电池模块B₂的负极。第二电池模块B₂的正极通过第二开关S₂连接到第三电池模块B₃的负极，以此类推。第一电池模块B₁的负极和该串电池模块的最后一个电池模块的正极连接到第一电路。可选开关60使得能够从第一电路1切离电池20。在第一开关组的所有开关S_j都打开的情况下，电池模块B_i不是串联连接的。

第二开关组P_i+、P_i-使得能够并联连接电池模块B_i。换句话说，所有正极通过开关P_i+连接到第二电路2的正电路，并且所有负极通过开关P_i-连接到第二电路的负电路。如虚线所示的，开关P₁₊和P_1-可以省略。

开关S_j和P_i+、P_i-只能交替地闭合。只有严格来说不是第二开关组的一部分的P₁₊和P_1-可以始终保持闭合。它们的主要目的是在必要时(例如，在有缺陷的情况下)切断电池模块B₁，以启用应急模式等。在闭合第二开关组时并非所有开关P_i+、P_i-都必须闭合，例如通过使用第一开关组来平衡电池模块的老化会是有效的。优选地，每个电池模块包括用于对电池模块进行高效充电的充电管理模块。充电管理模块可以例如经由带有控制器的总线系统通信。

第一DC/DC转换器30的输入侧由第二电路2供电，并且其输出端向第一电路1供能，即，其输入侧连接到第二电路2并且其输出端连接到第一电路1。在这个示例中，开关61使得能够将第一DC/DC转换器30从第一电路1切离。附加地或作为替代，第一DC/DC转换器30可以被控制器禁用，如虚线所示，和/或通过为了清楚起见已省略的另一个开关从第二连接接头T₂断开。

电容器C₁使第一电压U₁稳定，例如在第一开关组打开并且功率需求上升的情况下，电容器C₁可以对第一电路供电直到第一开关组S_j闭合。优选地，如上所述，选择电容器C₁的容量，以使得能够对第一电路供能达比开关所需要的更长的时间段以及用于缓冲功率需求的短峰值。

第二电路2可以包括典型的汽车辅助负载，像是例如，用于发动发动机的起动器马达37、灯、发动机控制单元、通信和导航设备等。如所绘出的，用于装载电池的发电机G也可以连接到第二电路2。与像是48V或60V的较高电压相比，这些设备用12V或24V的额定电压以更低的成本可使用。除此之外，这些12V或24V设备已经被优化和接受达几十年。因此在不需要的情况下不替换12V或24V技术是有利的。连接端子50可以用于将另外的设备或辅助电源连接到第二电路2，例如，用于在电池20不能提供足够电力的情况下对电池20充电和/或用于对起动器马达37供能。

双电压电源可以包括控制器40。如虚线所示，控制器40可以连接到开关和/或第一DC/DC转换器30以控制所述设备，即，以闭合或打开开关，以监视第一DC/DC转换器30的(一个或多个)输入和/或输出电压、其负载状态，以将其打开或关闭等。控制器优选地监视第一电压U₁和/或第二电压U₂和由双电压电源提供给第一电路1和/或第二电路2的电流。

图2示出了类似的可替代的实施例。相同的附图标号用于相同或相似的细节。对于图2也可以阅读图2的描述，唯一的区别是发电机G连接到转换开关70。所述转换开关70可以由控制器40(或单独的控制器)控制。依赖于由所述发电机G提供的电压以及第一开关组和第二开关组，转换开关70使得能够将发电机或者连接到第一电路1或者连接到第二电路2。只有在第一开关组S_j闭合并且由发电机G提供的电压高于电压电平U₁的情况下，控制器才通过转换开关的对应激活将发电机G连接到第一电路1。在所有其它操作状态中，转换开关70可以优选地将发电机G连接到第二连接接头2。控制器可以直接监视发电机电压和/或电流和/或内燃机转速，并且依赖于所述值中的至少一个激活转换开关70。

图3是图示用于操作(例如，图1和图2中示出的这种)双电压电源的方法的流程图。在第一步骤101中，确定第一电路1的功率需求。将功率需求与功率阈值进行比较(步骤102)。

在功率需求高于功率阈值的情况下，该方法继续到步骤103。步骤103包括至少将电池模块B_i串联连接并将该串电池模块B_i连接到第一电路1。这可以被称为建立电池模块的串联连接。步骤103还可以包括将第一DC/DC转换器30与第一和/或第二电路(1,2)断开。除此之外，在发电机电压高于阈值的情况下，发电机电压可以被提供给所述第一电路1，其中阈值可以是例如第一电压U₁。

在功率需求低于功率阈值的情况下，该方法继续到步骤104。步骤104至少包括将该串电池模块(B_i)从第一电路1断开并且将第一DC/DC转换器30的输入端与第二电路2连接以及将其输出端与第一电路1连接。此外，步骤104可以包括并联连接电池模块B_i中的至少两个。发电机可以连接到第二电路2。

如图4所示的示例类似于图2的示例，并且在适当的情况下使用相同的附图标号。该示例与图2中的示例的区别在于它包括第三电路3。该第三电路3可以是如电动汽车和混合动力汽车所需的高压电路。这种电路的典型电压显著高于第一电路1的电压U₁。例如，第三电路的电压可以在400V至600V的范围内。该第三电路因此可以包括用于驱动车辆的至少一个电马达以及相应地被调整尺寸的电池。因此，第三电路3的电池具有比电池20明显更大的容量，并且可以由第三电路3的马达(如果用作发电机的话)回收的能量也可以高于由非混合动力车辆中的耦合到内燃机的典型的现成的发电机提供的能量。但是，这些混合动力车辆或纯电动车辆也需要用于向以较低电压U₁、U₂操作的部件供电的电池20。为了使得能够对电池20进行高效充电，第三电路3可以对第二DC/DC转换器32供电。第二DC/DC转换器32进而依赖于由控制器40控制的开关70的位置来对第一电路1或第二电路2供电。第二DC/DC转换器32的输出电压可以由控制器40控制。可替代地，第二DC/DC转换器可以具有输出电压检测电路。如所指示的，控制器40可以可选地通过连接第二DC/DC转换器和开关70的开关(没有附图标号)将第二DC/DC转换器32从开关70断开。除此之外，对于图4上也可以阅读图2的描述。

图5的示例是图4的示例的修改。再次，示例具有如上所述在不同电压处操作的三个电路1、2、3。第三电路3对第二DC/DC转换器32供电，该第二DC/DC转换器32提供适于第一电路1的输出电压。因此，第二DC/DC转换器32的输出端连接到第一电路1，例如，连接到第一电路1的连接抽头T1。此外，第二DC/DC转换器32对第三DC/DC转换器33供电。换句话说，第二DC/DC转换器32的输出端连接到第三DC/DC转换器33的输入端。第三DC/DC转换器33的输出端对第二电路2供电。例如，它可以连接到连接抽头T2。这个DC/DC转换器的链第一眼看上去比图4的解决方案更复杂，但是它更便宜，因为第三DC/DC转换器33的尺寸可以调整得比第二DC/DC转换器32小得多。除此之外，不需要将第二DC/DC转换器32的输出电压调适到开关70的位置。第二DC/DC转换器32和第三DC/DC转换器33各自通过由控制器40操作的可选开关选择性地耦合到相应的电路1、2。在图4和图5中，第一DC/DC转换器30和存储电容器C1是可选的。除此之外，对于图5上也可以阅读图4的描述。

参考标号列表

1 第一电路

2 第二电路

3 第三电路

10 电压电源

20 电池

30 第一DC/DC转换器

32 第二DC/DC转换器

33 第三DC/DC转换器

37 起动器/发动发动机

40 控制器

50 连接端子

60 开关

60 开关

70 转换开关

101 监视步骤

102 比较步骤

103 建立电池模块的串联连接

104 断开电池模块的串联连接

B_i 电池模块(i整数，i_max≤i≤1，i_max≥2)

C₁ 电容器

G 发电机/交流发电机

P_i+ 第一开关组中的开关(i整数，i_max≤i≤1，i_max≥2)

P_i- 第一开关组中的开关(i整数，i_max≤i≤1，i_max≥2)

S_j 第一开关组中的开关(j整数，j_max≤j≤i-1)

T₁ 提供第一电压U₁的连接接头

T₂ 提供第二电压U₂的连接接头

U₁ 第一电压电平

U₂ 第二电压电平

R_1n 第一电路的负载，n整数

R_2n 第一电路的负载，n整数

Claims (15)

1.一种双电压电源，包括至少一个具有多个电池模块(B_i)的电池(20)，包括：

-第一开关组(S_j)，用于串联连接电池模块，从而在第一开关(S_j)闭合的情况下向第一电路(1)提供第一电压，以及在第一开关(S_j)打开的情况下断开串联连接，

-至少一个连接抽头，所述连接抽头连接到电池模块(B_i)中的一个电池模块以将其电压(U₂)提供给在比第一电路(1)低的电压(U₂)处操作的第二电路(2)，并且所述连接抽头通过第二开关组(P_i+，P_i-)并联连接到其它电池模块(B_i)，其中在第二开关组(P_i+，P_i-)闭合的情况下，所述其它电池模块(B_i)与彼此以及电池模块(B_i)中的所述一个电池模块并联连接，以及在第二开关组(P_i+，P_i-)打开的情况下，所述其它电池模块(B_i)不并联连接，

其特征在于，

-电池模块(B_i)中的所述一个电池模块对至少一个第一DC/DC转换器(30)供电，

-所述第一DC/DC转换器(30)具有连接到第一电路(1)以用于对第一电路供电(1)的输出端，以及

-至少一个电容器(C₁)与第一DC/DC转换器(30)的输出端并联连接，

-控制器控制第一开关组(S_j)和第二开关组(P_i+，P_i-)，以或者串联或者并联连接至少一些电池模块。

2.如权利要求1所述的双电压电源，

其特征在于，

所述控制器(40)被配置为用于监视电容器(C₁)处的电压(U1)，并且在电容器(C₁)处的电压(U1)下降到低于预定义的值的情况下闭合第一开关组(S_j)并打开第二开关组(P_i+，P_i-)，反之亦然。

3.如权利要求1或2中的一项所述的双电压电源，

其特征在于，

转换开关(70)将发电机(G)或者与连接到第二电路(2)的电池模块(B_i)中的一个电池模块连接或者与第一电路(1)连接，以及其中

控制器确定由发电机(G)供给的电压，并且

-在由发电机(G)供给的电压高于预定电压的情况下，控制器(40)闭合第一开关组(S_j)、打开第二开关组(P_i+，P_i-)并且通过所述转换开关(70)的对应激活将发电机(G)连接到第一电路，以及

-在由发电机(G)供给的电压低于预定电压的情况下，控制器(40)通过所述转换开关(70)的对应激活将发电机(G)连接到第二电路(2)。

4.如权利要求3所述的双电压电源，

其特征在于，

发电机(G)连接到第二连接接头(T₂)以用于向第二电路(“)供给电压并且用于至少对电池模块(B_i)中的所述一个电池模块充电。

5.如前述权利要求中的一项所述的双电压电源，

其特征在于，

转换开关(70)将发电机(G)或者与连接到第二电路(2)的电池模块(B_i)中的一个电池模块连接或者与第一电路(1)连接，以及其中，控制器确定第一电路的功耗，并且在第一电路的功耗高于功耗阈值的情况下，控制器激活转换开关以将发电机(G)与第一电路(1)连接。

6.如前述权利要求中的一项所述的双电压电源，

其特征在于，

其包括开关61以用于将第一DC/DC转换器(30)从第一电路(1)断开和/或用于将第一DC/DC转换器(30)的输入端从第二电路(2)断开。

7.如前述权利要求中的一项所述的双电压电源，

其特征在于：

至少第一电路(1)连接到至少一个第二DC/DC转换器(32)的输出侧，所述第二DC/DC转换器(32)具有连接到第三电路(3)的输入侧，第三电路(3)具有高于第二电压(U₁)的第三电压电平。

8.如权利要求7所述的双电压电源，

其特征在于，

第二DC/DC转换器(32)的输出侧经由由控制器(40)操作的至少一个开关连接到第一电路(1)或第二电路(2)，并且其中如果第二DC/DC转换器(32)连接到第一电路(1)，则第二DC/DC转换器(32)的输出电压被调节到第一电压(U₁)，以及如果第二DC/DC(32)连接到第二电路(2)，则第二DC/DC转换器(32)的输出电压被调节到第二电压(U₂)。

9.如权利要求7所述的双电压电源，

其特征在于：

第二DC/DC转换器的输出侧连接到第三DC/DC转换器(33)的输入侧，第三DC/DC转换器(33)具有连接到第二电路(2)的输出侧。

10.如前述权利要求中的一项所述的双电压电源，

其特征在于，

省略了第一DC/DC转换器(30)和/或电容器(C₁)。

11.如前述权利要求中的一项所述的双电压电源，

其特征在于：

它包括至少两个并联连接的电池(20)。

12.一种用于操作如前述权利要求中的一项所述的双电压电源的方法，其特征在于，所述方法包括监视第一电路(1)的功率需求，并且：

(i)在功率需求低于功率阈值的情况下：

-通过将第二电路(2)连接到电池模块(B_i)中的至少一个电池模块来向第二电路(2)供给第二电压(U₂)，

-用第一DC/DC转换器(30)对第一电路(1)供电，

(ii)在第一电路(1)的功率需求超过功率阈值的情况下：

-通过闭合第一开关组(S_j)以及通过打开第二开关组(P_i+，P_i-)来串联连接电池模块(B_i)，

-将第一电路(1)连接到电池模块(B_i)。

13.如权利要求12所述的方法，

其特征在于，

所述方法还包括在第一电路(1)的功率需求超过功率阈值的情况下将一个电池模块(B₁)连接到第二电路(2)。

14.如权利要求12或13所述的方法，

其特征在于，

在第一开关组(S_j)闭合的情况下，第一DC/DC转换器(30)与第一电路和第二电路(1，2)中的至少一个断开。

15.如权利要求12到14中的一项所述的方法，

其特征在于：

发电机(G)由发动机供能，并且其输出电压被监视：

(i)在发电机的输出电压高于阈值的情况下，发电机输出端连接到第一电路(1)并且第一开关组(S_j)闭合，以及

(ii)在发电机的输出电压低于或等于阈值的情况下，发电机输出端连接到第二电路(2)并且第一开关组(S_j)打开并且电池模块(B_i)中的至少一个电池模块连接到第二电路(2)。