CN105308824A

CN105308824A - 具有直流电压供给线路的蓄能装置以及用于由蓄能装置提供直流电的方法

Info

Publication number: CN105308824A
Application number: CN201480036604.XA
Authority: CN
Inventors: M.布劳恩; H.拉普
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2034-06-10
Also published as: DE102013212716A1; EP3014725B1; US20160368392A1; WO2014206724A1; US9840159B2; CN105308824B; EP3014725A1

Abstract

本发明涉及一种具有蓄能装置以及直流电压供给线路的***，其中所述蓄能装置具有至少两个能量供给分支，所述能量供给分支在第一输出端上分别与所述蓄能装置的至少一个输出接头耦接以用于在所述输出接头上产生交流电压并且在第二输出端上与共同的汇流排耦接，其中所述能量供给分支中的每个能量供给分支都具有多个串联的蓄能模块。所述蓄能模块分别包括具有至少一个蓄能单池的蓄能单池模块以及具有由耦接元件构成的耦接桥路的耦接装置，其中所述耦接元件被设计用于：选择性地将所述蓄能单池模块切换到所述相应的能量供给分支中或者在所述能量供给分支中绕开所述蓄能单池模块。所述直流电压供给线路具有：具有多个第一馈电接头的桥路，所述第一馈电接头分别与所述蓄能装置的输出接头中的一个输出接头耦接；两个馈电节点，所述两个馈线节点中至少一个馈电节点与所述桥路耦接；以及模块分接线路，该模块分接线路具有至少一个具有整流二极管的模块切换分支，其中所述至少一个模块切换分支中的每个模块切换分支都将在所述能量供给分支中的一个能量供给分支的两个蓄能模块之间的耦接节点以能够切换的方式与馈电节点连接起来。

Description

具有直流电压供给线路的蓄能装置以及用于由蓄能装置提供直流电的方法

技术领域

本发明涉及一种具有直流电压供给线路的蓄能装置以及一种用于由蓄能装置提供直流电压的方法、尤其是向车载电网供给直流电压的电池直接变流器。

背景技术

现在出现这样的情况：在将来不仅在固定的应用情况例如风力发电设备或者太阳能设备中而且在车辆例如混合动力车或者电动车中，越来越多地使用电子***，所述电子***将新颖的蓄能技术与电动的驱动技术组合起来。

将多相电流馈入到电机中，这一般来说通过形式为脉冲逆变器的变流器来实现。为此能够将由直流电压中间电路提供的直流电压逆变为多相的交流电、例如三相的交流电。所述直流电压中间电路在此由一个由串联的电池模块构成的支线来馈电。为了能够满足为相应的应用情况给定的、对功率和能量的要求，经常将多个电池模块串联在牵引用电池中。

多个电池模块的串联线路随之带来以下问题：如果单个电池模块失灵，那么整条支线就失灵。所述能量供给支线的这样的失灵可能导致总***的失灵。此外，单个电池模块的暂时或者持久地出现的功率降低在整条能量供给支线中导致功率降低。

在公开文献US5,642,275A1中说明了一种具有集成的逆变器功能的电池***。这种类型的***以“MutillevelCascadedInverter”（多电平级联逆变器）或者“BatteryDirectInverter”（电池直接变流器，BDI）的名称为人所知。这样的***包括处于多个蓄能模块支线中的直流电源，所述多个蓄能模块支线能够直接连接到电机或者电网上。在此能够产生单相的或者多相的电源电压。所述蓄能模块支线在此具有多个串联的蓄能模块，其中每个蓄能模块都具有至少一个电池单池和一个所分配的、能够控制的耦接单元，所述耦接单元允许根据控制信号来跨接相应所分配的、至少一个电池单池或者将所述相应所分配的、至少一个电池单池转接到所述相应的蓄能模块支线中。在此能够如此设计所述耦接单元，使得其额外地允许也用颠倒的极性将所述相应所分配的、至少一个电池单池转接到所述相应的蓄能模块支线中或者也中断所述相应的蓄能模块支线。通过例如借助于脉宽调制来适当地操控所述耦接单元这种方式，也能够提供合适的、用于控制相输出电压的相信号，从而能够放弃单独的脉冲逆变器。为了控制所述相输出电压所需要的脉冲逆变器由此能够这样说被集成到所述BDI中。

相对于传统的***，BDI一般来说具有更高的效率、更高的可靠性以及其输出电压的、明显更低的谐波含量。所述可靠性尤其通过以下方式得到保证：有故障的、失灵的或者不是完全有功能能力的电池单池能够在所述能量供给支线中通过合适的、对于为其分配的耦接单元的操控来跨接。蓄能模块支线的相输出电压能够通过相应的、对于所述耦接单元的操控来改变并且尤其能够分级地调节。所述输出电压的分级在此从单个的蓄能模块的电压中产生，其中所述最大可能的相输出电压通过蓄能模块支线的所有蓄能模块的、电压的总和来确定。

公开文献DE102010027857A1和DE102010027861A1例如公开了具有多个电池模块支线的电池直接倒相器，所述电池模块支线能够直接连接到电机上。

在BDI的输出端上不提供恒定的直流电压，因为所述蓄能单池被划分到不同的蓄能模块上并且为了有针对性地产生电压状态而必须操控其耦接装置。通过这种分配，BDI基本上不是作为用于给电动车的车载电网馈电的直流电源来供使用。相应地，对于所述蓄能单池的充电也不能容易地通过传统的直流电源来进行。

因此存在着对一种具有直流电压供给线路的蓄能装置以及一种用于运行所述蓄能装置的方法的需求，用所述蓄能装置和所述方法能够从所述蓄能装置中向直流电压用户馈给直流电压或者能够将直流电充电线路联结到所述蓄能装置上。

发明内容

按照一个方面，本发明提供一种具有蓄能装置和直流电压供给线路的***，其中所述蓄能装置具有至少两个能量供给分支，所述能量供给分支在第一输出端上分别与所述蓄能装置的输出接头耦接以用于在所述输出接头上产生交流电压并且在第二输出端上与共同的汇流排耦接，其中所述能量供给分支中的每个能量供给分支都具有多个串联的蓄能模块。所述蓄能模块分别包括具有至少一个蓄能单池的蓄能单池模块以及具有由耦接元件构成的耦接桥路的耦接装置，其中所述耦接元件被设计用于：选择性地将所述蓄能单池模块转接到相应的能量供给分支中或者在所述能量供给分支中绕开所述蓄能单池模块。所述直流电压供给线路具有：具有多个第一馈线接头的桥路，所述第一馈电接头分别与所述蓄能装置的输出接头中的一个输出接头耦接；两个馈电节点，所述两个馈线节点中至少一个馈电节点与所述桥路耦接；以及模块分接线路，该模块分接线路具有至少一个具有整流二极管的模块切换分支，其中所述至少一个模块切换分支中的每个模块切换分支都将在所述能量供给分支中的一个能量供给分支的两个蓄能模块之间的耦接节点以能够切换的方式与馈电节点连接起来。

按照另一个方面，本发明提供一种用于从按照所述第一方面的、按照本发明的***中提供直流电压的方法，该方法具有以下步骤：获取能量供给分支在所述蓄能装置的输出接头处的输出电压；以切换的方式将在所述能量供给分支Z中的一个能量供给分支的两个蓄能模块之间的耦接节点与没有与所述能量供给装置的汇流排连接的馈电节点耦接，或者以切换的方式将在所述能量供给分支Z的一个能量供给分支的两个蓄能模块之间的第一耦接节点与所述第一馈电节点耦接，并且以切换的方式将在所述能量供给分支Z中的一个能量供给分支的两个蓄能模块之间的第二耦接节点与所述第二馈电节点耦接，如果所述两个馈电节点中没有馈线节点与所述能量供给装置的汇流排连接的话-有利地首先如果所获取到的输出电压小于单个蓄能模块的最大输出电压的话；以下述方式运行处于所述蓄能装置的耦接节点与汇流排之间的蓄能模块，即始终至少在所述耦接节点中的一个耦接节点上存在一种电位，该电位至少与所述汇流排的电位相差了蓄能模块的最大输出电压；并且以下述方式调节所述能量供给分支中的每个能量供给分支的其余的蓄能模块的输出电压，即能量供给分支在所述蓄能装置的输出接头处的总输出电压相当于在第一步骤中所获取到的输出电压。

本发明的构思是，设置了一种用于构造为模块结构的蓄能装置、尤其是电池直接变流器的输出端的线路，用该线路能够在所述用于操控电机的蓄能装置的运行过程中提供用于直流电压用户、例如用电来运行的车辆的车载电网的直流变压器的运行的直流电压。为此规定，将二极管-桥路联结到所述蓄能装置的输出接头上，借助于所述二极管-桥路能够在所述输出接头上截取直流电压。同时，模块分接线路用于将直流电压选择性地从所述蓄能模块的、所选出的部分中输出给所述直流电压用户。

在此，特别有利的是，始终存在着另一种例如用于从所述蓄能装置中给车载电网的中间电路电容器馈电的直流电压状态，不论刚好在何种运行状态中运行所述蓄能装置。尤其在所述蓄能装置的、较低的总输出电压低于一个单个的蓄能模块的输出电压时，能够利用所述模块分接线路，用于能够用完全的模块输出电压来运行所述蓄能模块的所截取的部分并且就这样能够提供用于所述直流电压用户的直流电压。所述蓄能装置的总输出电压由此没有受到影响，因为能够相应地反极地切换其余的蓄能模块，用于能够对所述蓄能模块的、所截取的部分的输出电压进行补偿。

这种模块分接线路的另一优点在于，充电线路例如能够由用电来运行的车辆中的续驶里程放大器（Reichweitenvergr??erer）与所述直流电压用户串联地耦接，并且也能够在所述蓄能装置的供给运行的过程中将用于给所述蓄能单池充电的能量至少馈入到所述通过模块分接线路来联结的蓄能模块中。而后能够通过一种电压平衡方法在所述能量供给分支之内将充电能量重新分布到所述蓄能模块的所有蓄能单池上。

按照所述按本发明的***的一种实施方式，所述***此外能够包括直流变压器，该直流变压器被耦接在所述第一馈电节点与所述第二馈电节点之间。在此，按照一种实施方式，所述直流变压器能够包括升压转换器或者正向转换器（Durchflusswandler）。

按照所述按本发明的***的另一种实施方式，所述直流电压供给线路能够具有两个充电线路接头和一个充电线路，所述充电线路通过所述两个充电线路接头与所述直流变压器串联地耦接，并且所述充电线路被设计用于：提供用于所述蓄能装置的蓄能单池模块的充电直流电压。

按照所述按本发明的***的另一种实施方式，所述桥路能够具有多个第一桥切换分支，所述第一桥切换分支则具有二极管或者一个由二极管与桥耦接开关构成的串联线路，所述第一桥切换分支分别被耦接在所述第一馈电节点与所述多个第一馈电接头之一之间。

按照所述按本发明的***的另一种实施方式，所述桥路能够具有多个第二馈电接头，所述第二馈电接头分别与所述蓄能装置的输出接头之一耦接。

按照所述按本发明的***的另一种实施方式，所述桥路能够具有多个第二桥切换分支，所述第二桥切换分支则具有二极管或者一个由二极管与桥耦接开关构成的串联线路，所述第二桥切换分支分别被耦接在所述第二馈电节点与所述多个第二馈电接头之一之间。

按照所述按本发明的***的另一种实施方式，处于相应的能量供给分支中的蓄能模块的数量在所述相应的耦接节点的两侧上能够相同。这以有利的方式在操控技术上使所述耦接节点的两侧上的电压补偿变得特别容易。

按照所述按本发明的***的另一种实施方式，所述***此外能够具有一台具有n个相接头的n相的电机，所述电机与所述蓄能装置的输出接头耦接，其中n≥1。

按照本发明的另一种实施方式，所述n相的电机能够具有绕组星形汇接点，该绕组星形汇接点被从所述电机中引出。此外，这个绕组星形汇接点能够与所述蓄能装置的汇流排连接。这一点对于二相的电机（n=2）来说尤其有利。

附图说明

本发明的实施方式的其它特征和优点从以下参照附图所作的说明中获得。

附图示出：

图1是具有蓄能装置的***的示意图；

图2是蓄能装置的蓄能模块的示意图；

图3是具有蓄能装置和按本发明的一种实施方式的直流电压供给线路的、***的示意图；

图4是具有蓄能装置和按本发明的另一种实施方式的直流电压供给线路的、***的示意图；

图5是具有蓄能装置和按本发明的另一种实施方式的直流电压供给线路的、***的示意图；

图6是用于按本发明的另一种实施方式的直流电压供给线路的、模块切换分支或者桥切换分支的示意图；

图7是用于从按本发明的另一种实施方式的蓄能装置中提供直流电压的方法的示意图；

图8是一种用于按本发明的另一种实施方式的、按照图3到5之一的***的、充电线路的示意图；并且

图9是另一种用于按本发明的另一种实施方式的、按照图3到5之一的***的、充电线路的示意图。

具体实施方式

图1示出了具有蓄能装置1的***100的示意图，所述蓄能装置1用于将电压从在蓄能模块3中所提供的直流电压切换为n相的交流电压。所述蓄能装置1包括多个能量供给分支Z，在这些能量供给分支Z中在图1中仅仅示范性地示出了两个能量供给分支，这两个能量供给分支适合用于产生例如用于横向流机械2的二相的交流电压。但是很清楚，每种其它数量的能量供给分支Z同样是可能的。所述能量供给分支Z能够具有多个蓄能模块3，所述蓄能模块在所述能量供给分支Z中串联。在图1中示范性地为每个能量供给分支Z各示出了三个蓄能模块3，但是每种其它数量的蓄能模块3同样是可能的。所述蓄能装置1在每个能量供给分支Z上都具有输出接头1a和1b，所述输出接头分别被连接到相导线2a和2b上。所述电机2的相导线2c在图1的实施例中直接通过所述电机2的星形汇接点与汇流排2c连接，所述汇流排又与所述能量供给分支Z的输入接头、优选是星形汇接点耦接。但是，也能够不是通过相导线2c将所述电机2与所述蓄能装置1反向耦接起来（rückkoppeln）。这一点能够按所述电机2的类型和设计来选择。

此外，所述***100能够包括控制装置S，该控制装置与所述蓄能装置1连接并且借助于该控制装置能够控制所述蓄能装置1，用于在所述相应的输出接头1a、1b或者1c上提供所期望的输出电压。

所述蓄能模块3分别具有两个输出接头3a和3b，通过所述输出接头能够提供所述蓄能模块3的输出电压。因为所述蓄能模块3在初级侧串联，所以所述蓄能模块3的输出电压合计为总输出电压，能够在所述蓄能装置1的输出接头1a、1b或者1c中的、相应的输出接头上提供所述总输出电压。

在图2中以更大的细节示出了所述蓄能模块3的示范性的结构形式。所述蓄能模块3在此分别包括一个具有多个耦接元件7a、7b、7c和7d的耦接装置7。此外，所述蓄能模块3分别包括一个具有一个或者多个串联的蓄能单池5a到5k的蓄能单池模块5。

在此，所述蓄能单池模块5例如能够具有串联的蓄能单池5a到5k、例如锂离子单池。在此，在图2和3中示出的蓄能模块3中的、蓄能单池5a到5k的数量示范性地为二，但是其中每种其它数量的蓄能单池5a到5k同样是可能的。

所述蓄能单池模块5通过连接线与所属的耦接装置7的输入接头连接。所述耦接装置7在图2中示范性地构造为分别具有两个耦接元件7a、7c和两个耦接元件7b、7d的全桥路。所述耦接元件7a、7b、7c、7d在此能够分别具有一个有源的开关元件、例如半导体开关和一个与其并联的空载二极管。在此能够规定，所述耦接元件7a、7b、7c、7d构造为已经具有本征二极管的MOSFET开关或者构造为IGBT开关。

例如能够如此借助于在图1中示出的控制装置S来操控所述耦接元件7a、7b、7c、7d，从而选择性地在所述两个输出接头3a与3b之间切换所述相应的蓄能单池模块5或者跨接所述蓄能单池模块5。参照图2例如能够沿着向前方向在所述输出接头3a与3b之间切换所述蓄能单池模块5，方法是：将所述耦接元件7d的有源的开关元件和所述耦接元件7a的有源的开关元件置于闭合的状态中，而将所述耦接元件7b和7c的、两个其余的有源的开关元件置于断开的状态中。一种跨接状态例如能够通过以下方式来设定：将所述耦接元件7a和7b的两个有源的开关元件置于闭合的状态中，而将所述耦接元件7c和7d的两个有源的开关元件保持在断开的状态中。第二种跨接状态能够通过以下方式来设定：将所述耦接元件7a和7b的两个有源的开关元件保持在断开的状态中，而将所述耦接元件7c和7d的两个有源的开关元件置于闭合的状态中。最后，所述蓄能单池模块5例如能够沿着向后方向在所述输出接头3a与3b之间切换，方法是：将所述耦接元件7b的有源的开关元件和所述耦接元件7c的有源的开关元件置于闭合的状态中，而将所述耦接元件7a和7d的、两个其余的有源的开关元件置于断开的状态中。因此，通过合适的、对于所述耦接装置7的操控，能够有针对性地并且用任意的极性来将所述蓄能模块3的各个蓄能单池模块5集成到能量供给分支Z的串联线路中。

图1中的***100示范性地用于给例如用于用电运行的车辆的电动的驱动***中的、二相的电机2馈电。但是也能够规定，将所述蓄能装置1用于产生用于能量供给网2的电流。所述能量供给分支Z能够在其与星形汇接点连接的端部上与汇流排2c（参考电位汇流排）连接。也能够在没有进一步的、与处于所述能量供给装置1之外的参考电位的连接的情况下，根据作为参考电位的定义来确定所述能量供给分支Z的、与星形汇接点连接的端部的电位。

为了在所述输出接头1a和1b与所述汇流排2c之间产生相电压，一般来说仅仅需要所述蓄能模块3的蓄能单池模块5的一部分。能够如此操控所述蓄能模块3的耦接装置7，从而能够分级地在矩形的电压-/电流-调节范围内在一方面一个单个的蓄能单池模块5的、与所述蓄能模块3的数量相乘的负的电压和一个单个的蓄能单池模块5的、与所述蓄能模块3的数量相乘的正的电压与另一方面流经一个单个的蓄能模块3的负的及正的额定电流之间调节所述能量供给分支Z的总输出电压。

这样的蓄能装置1如在图1中所示出的那样在所述输出接头1a、1b上在运行中在不同的时刻具有不同的电位，并且因此不能没有问题地用作直流电源。特别是在用电运行的车辆的、电动的驱动***中，经常值得期望的是，由所述蓄能装置1中来给所述车辆的车载电网、例如高压车载电网或者低压车载电网馈电。因此设置了一种直流电压供给线路，该直流电压供给线路被设计用于：被连接到蓄能装置1上，并且在由那个蓄能装置1馈电的情况下提供例如用于用电运行的车辆的、车载电网的直流电压。

图3示出了一种具有蓄能装置1和这样的直流电压供给线路8的***200的示意图。所述直流电压供给线路8一方面通过第一总接头（Sammelanschlüsse）8a、8b和8c并且另一方面通过第二总接头8d、8e和8f与所述蓄能装置1耦接。在分接头8g和8h上截取所述直流电压供给线路8的直流电压U_ZK。在所述分接头8g和8h上例如能够连接另一个（未示出的）用于用电运行的车辆的车载电网的直流变压器，或者能够-在所述分接头8g与8h之间的电压U_ZK与所述车载电网电压之间进行合适的调整的情况下-直接连接这条车载电网。

所述直流电压供给线路8在图3的实施例中具有全桥路9，该全桥路通过第一和第二总接头8a到8f分别与所述蓄能装置1的输出接头1a、1b、1c耦接。所述总接头8a到8f在此例如能够被耦接到所述***200的相导线2a、2b或者2c上。所述全桥路9能够具有在图6中示范性地以更大的细节示出的桥切换分支A。在此，在图6中示出的桥切换分支A的极符号“+”和“-”与所述元件A的、在图3中（并且下面也在图4和5中）示出的极符号“+”和“-”相一致，也就是说，图6中的桥切换分支A的、用“+”表示的输入接头与图3到5中的元件A的、用“+”表示的输入接头相一致，并且图6中的桥切换分支A的、用“-”表示的输入接头与图3到5中的元件的、用“-”表示的输入接头相一致。桥切换分支的、用“+”表示的极下面被称为其阳极，用“-”表示的极相应地被称为其阴极。

如在图6中示出的那样，所述桥切换分支A能够分别具有相应地由整流二极管16和有源的桥耦接开关17构成的串联线路。整流二极管16与桥耦接开关17的、在桥切换分支A之内的布置能够互换。所述桥耦接开关17在此例如能够具有MOSFET-或者IGBT功率半导体开关。所述桥切换分支A如此布置，使得所述总接头8a、8b、8c使所连接的桥切换分支A的阳极与所述相导线2a、2b或者2c耦接，并且所述总接头8d、8e、8f使所连接的桥分支开关的阴极与所述相导线2a、2b或者2c耦接。所述与总接头8a、8b、8c耦接的桥切换分支A的阴极本身能够在所述全桥路9的共同的阴极集合点（Kathodensammelpunkt）相联接，而与所述总接头8d、8e、8f耦接的桥切换分支A的阳极则在所述全桥路9的、共同的阳极集合点相联接。所述阴极集合点又与所述馈电节点14a连接，所述阳极集合点与所述馈电节点14b连接。

通过这种方式的连接，在所述桥耦接开关17相应地闭合时在所述全桥路9的阴极集合点上并且由此在所述馈电节点14a上相应地出现所述相导线2a、2b或者2c的瞬时最高的电位，并且在所述全桥路9的阳极集合点上并且由此在所述馈电节点14b上相应地出现所述相导线2a、2b或者2c的瞬时最低的电位。能够额外地可选地在所述桥切换分支A的每个桥切换分支上设置换向电抗器15之一，所述换向电抗器相应地与所述二极管16和所述桥耦接开关17串联地耦接。所述换向电抗器15布置在由整流二极管16、桥耦接开关17和换向电抗器15构成的串联线路的内部，这一点在此是任意的。所述换向电抗器15在此能够减缓（abpuffern）由于由操控引起的、分级的电位变换而可能暂时地在所述相应的相导线2a、2b和2c中出现的电位波动，使得所述二极管16较少因经常的换向过程而受到负荷影响。

如果所述直流电压供给线路例如为了供给车载电网而仅仅用于从所述蓄能装置1中取用能量，那就能够放弃所述有源的桥耦接开关17。这些主动的桥耦接开关在这种情况中被导电的连接所取代。而如果也要通过所述直流电压供给线路8来将能量馈入到所述蓄能装置1中，则需要所述有源的桥耦接开关17。

此外，所述直流电压供给线路8具有模块分接线路6，该模块分接线路则具有至少一个模块切换分支A。在当前的实施例中设置了四条模块切换分支A。所述模块切换分支A能够与图6中的桥切换分支A相类似地构成，其中图6中的桥切换分支A的极符号“+”和“-”又与图3到5中的模块切换分支A的极符号“+”和“-”相一致。第一模块切换分支A在此将所述能量供给分支Z之一的两个蓄能模块3之间的第一耦接节点K以能够切换的方式与所述第一馈电节点14a连接起来，第二模块切换分支A将这个耦接节点K与所述第二馈电节点14b连接起来。第三和第四模块切换分支A将所述能量供给分支Z中的另一个能量供给分支的两个蓄能模块3之间的第二耦接节点以能够切换的方式与所述第一馈电节点14a或者所述第二馈电节点14b连接起来。因而，在当前的实施例中，两个模块切换分支A在直流电压输入级14的馈电节点14a上形成阴极集合点，并且两个另外的模块切换分支A在所述直流电压输入级14的馈电节点14b上形成阳极集合点。通过在所述蓄能模块3的串联线路的内部连接所述耦接节点K这种方式，也能够在所述蓄能装置1的、要求所述能量供给分支Z的很小的输出电压的工作点上始终用最低电压来保证直流电压状态。

在所述蓄能模块3的数量均匀地在相应的耦接节点的两侧上分配时，理想地在所述相应的耦接节点K的两侧上相应的能量供给分支Z中的蓄能模块3的数量相同时，能够相应地将成对的蓄能模块3成对地反极地与完全的按照量的模块输出电压连接，使得其共同的、对于相应的能量供给分支Z的总输出电压的净贡献是零。在此，能够如此选择所述配对，从而同向地切换处于所述耦接节点K的一侧上的所有蓄能模块3。所述蓄能模块3之一能够在同步的（getaktet）模式中来运行，用于实现所述能量供给分支Z的所要求的总输出电压。通过这种方式，能够在所述耦接节点K上相对于所述第二馈电节点14b来截取电位，该电位相当于所有在耦接节点K与馈电节点14b之间所连接的、蓄能模块3的输出电压的总和。

这种运行模式虽然引起始终用最低电压来运行所述直流电压输入级14这种结果，但是同时也引起能量供给分支Z的蓄能模块3的、不同的放电情况。这种不平衡在其它的运行模式中例如又能够通过相应的平衡方法来得到平衡。作为替代方案，为了提供直流电压也能够暂时地使用所述能量供给分支Z中的仅仅一个能量供给分支，而在另一个能量供给分支Z中则相应地改变所有蓄能模块3的极性，使得较少被放电的蓄能模块3又经受更大程度的负荷并且将能量反馈到此前被放电的蓄能模块3中。

按照本发明，所述模块分接线路6包括所述在按照图3的实施例中所示出的4条模块切换分支A中的至少一个模块切换分支。同样也能够考虑所述模块分接线路6的一些实施方式，在这些实施方式中所述蓄能装置1的其它蓄能模块3之间的其它耦接节点K通过模块切换分支A与直流电压输入级的馈电节点14a和/或馈电节点14b连接。在此，所述与馈电节点14a连接的模块切换分支始终以其阴极连接在这个馈电节点14a上，并且所述与馈电节点14b连接的模块切换分支始终以其阳极连接在这个馈电节点14b上。

在所述全桥路9与模块分接线路6的集合点之间存在着电位差，该电位差能够通过直流电压输入级14-在图3的实施例中是升压转换器14-来升高。所述升压转换器14在此能够被设计用于：根据所述全桥路9与模块分接线路6的集合点之间的电位在所述直流电压供给线路8的分接头8g、8h上提供直流电压U_ZK。所述升压转换器14例如能够在所述第一馈电节点14a上具有处于串联线路中的切换器扼流圈（Wandlerdrossel）10和输出二极管11，所述串联线路的中心分接头（Mittelpunktabgriff）使转换器开关元件12与所述第二馈电节点14b耦接。作为替代方案，也能够将所述切换器扼流圈10设置在所述阳极集合点与所述转换器开关元件12之间，或者能够将两个切换器扼流圈10设置在所述升压转换器14的两个输入接头上。

所述转换器开关元件12例如能够具有功率半导体开关、例如MOSFET开关或者IGBT开关。例如能够为所述转换器开关元件12使用n信道-IGBT，该n信道-IGBT在正常状态中被切断。但是，在此应该很清楚，也能够将每种其它的功率半导体开关用于所述转换器开关元件12。

尤其如果所述阴极集合点与阳极集合点之间的电位差始终处于通过被连接到所述分接头8g、8h上的其它组件来预先给定的输入电压范围之内，则存在着放弃所述转换器开关元件12或者在持久切断的状态中给所述转换器开关元件12加荷的可能性。在这种情况中，在有些实施方式中也能够放弃所述输出二极管11。

此外，所述直流电压供给线路8能够具有中间电路电容器13，该中间电路电容器被连接在所述直流电压供给线路8的分接头8g、8h之间，并且该中间电路电容器被设计用于对由所述升压转换器14输出的电流脉冲进行缓冲并且就这样在所述升压转换器14的输出端上产生平滑的直流电压U_ZK。而后通过所述中间电路电容器13例如能够给用电运行的车辆的、车载电网的直流变压器馈电，或者在特定的情况中能够将这条车载电网直接连接到所述中间电路电容器13上。

所述直流电压输入级14也能够有别于在图3到5中示范性地示出的情况，而是通过其它的直流变压器、例如半桥路或者全桥路中的正向转换器（Durchflusswandler）来实现。

所述桥路9中的桥切换分支A的数量在图3中相应示范性地用2乘以3=6来表明，并且与所述蓄能装置1的输出接头1a、1b、1c的数量相匹配。在此应该很清楚，按哪些相电压电所述蓄能装置1来产生同样能够考虑每种其它数量的桥切换分支A。

此外，所述直流电压供给线路8可选能够具有两个充电线路接头8j和8k，通过所述充电线路接头来连接充电线路，所述充电线路通过所述两个充电线路接头串联地与所述直流变压器耦接，并且所述充电线路被设计用于为所述蓄能装置1的蓄能模块5提供充电直流电压。如果在此没有设置充电线路，那么所述充电线路接头8j和8k就导电地彼此连接。

图8和9示出了充电线路30或者40的示意图，所述充电线路例如能够用于给蓄能装置1的一个或者多个能量供给分支Z充电并且尤其是用于给所述充电线路接头8j和8k馈电。

图8示出了充电线路30的示意图，该充电线路具有输入接头36a、36b，在所述输入接头上能够馈入充电直流电压U_N。所述充电直流电压U_N在此能够通过（未示出的）线路装置、例如直流变压器、受控制的或者受调节的、具有功率因数补偿功能（PFC，“powerfactorcorrection”）的整流器或者类似装置来产生。所述充电直流电压U_N例如能够通过在输入侧所连接的能量供给网来提供。此外，所述充电线路30能够具有中间电路电容器35，通过该中间电路电容器能够截取直流电压，并且该中间电路电容器不仅将所述充电线路30的输入侧上而且在其输出侧上的、脉动的电流的反作用或者所述充电线路30本身中的开关过程的反作用显著地降低到所述充电直流电压U_N。在所述充电线路30的充电线路接头8j和8k上能够截取所述充电线路30的输出电压，该输出电压能够用于给所连接的蓄能装置、例如如在图3到5中所示出的那样的蓄能装置1的一系列蓄能模块3或者能量供给分支Z充电。

所述充电线路30具有半导体开关33和空载二极管39a，所述半导体开关33和空载二极管39a实现了一种降压转换器（Tiefsetzsteller）。例如有待充电的蓄能装置1、例如如在图3到5中所示出的那样的蓄能装置1的一系列蓄能模块3或者能量供给分支的输出电压或者作为替代方案所述降压转换器的、通过半导体开关33来实现的占空比能够用作用于所述充电线路30的充电电流I_L的调节量。也可能的是，将在所述中间电路电容器35上所加载的输入电压U_N用作用于所述充电电流I_L的调节量。所述降压转换器例如也能够在具有恒定的为1的占空比的运行状态中来运行，使得所述半导体开关33能够持久地保持闭合的状态。在此也能够放弃所述半导体开关33。

图9示出了充电线路40的示意图，该充电线路具有输入接头46a、46b，在所述输入接头上能够馈入充电交流电压U_N。所述充电交流电压U_N在此能够通过（未示出的）的线路装置、例如逆变器全桥或者类似装置来产生。所述充电交流电压U_N优选具有矩形的、间断的或者不间断的曲线以及较高的基频。所述充电交流电压U_N例如能够通过在输入侧所连接的能量供给网连同布置在后面的逆变器桥或者变流器桥来提供。此外，所述充电线路40能够具有变压器45，该变压器的初级绕组与所述输入接头46a、46b耦接。所述变压器45的次级绕组能够与由四个二极管构成的全桥整流器线路44耦接，在所述全桥整流器线路的输出端上能够截取脉动的直流电压。所述脉动的直流电压的、间隔长度的变化能够通过时间间隔的变化来产生，在所述时间间隔中加载在所述变压器45的初级绕组上的充电交流电压U_N以及由此所述变压器45的次级绕组上的、相应的次级电压具有数值0。在所述充电线路40的充电线路接头8j、8k上能够截取所述充电线路40的输出电压，所述输出电压能够用于给例如如在图3到5中所示出的那样的、蓄能装置1的一系列蓄能模块5或者一个分支充电。

所述充电线路40具有空载二极管42和半导体开关43，所述空载二极管和半导体开关用作用于所述全桥整流器线路44的、脉动的直流电压的降压转换器。在此也能够规定，将用于对充电电压进行平滑处理的切换器扼流圈41集成到所述充电线路40中。作为用于通过所述切换器扼流圈41流动的充电电流I_L的调节量，例如能够使用如在图3到5中所示出的那样的蓄能装置1的、有待充电的蓄能模块3或者能量供给分支Z的输出电压，或者作为替代方案能够使用所述脉动的直流电压的相同份额。

在另一种实施方式中，能够不可替代地放弃所述空载二极管42。在这种情况中，所述全桥整流器线路44的二极管额外地承担所述空载二极管42的功能。由此节省一个结构元件，而相反则降低了所述充电线路40的效率。

用图3中的蓄能装置1和直流电压供给线路8，在所述电机2的、要求较小的电机电压、例如用电运行的车辆的较小的车速或者停止状态的工作点上，能够激活所述模块分接线路6，方法是：如此操控所述蓄能装置1的蓄能模块3，从而在至少一个耦接节点K上存在适合于给所述直流电压供给线路8馈电的电位。如果所属的模块切换分支A设有模块耦接开关17，那么此外就至少必须使一个模块切换分支A的模块耦接开关17闭合，所述模块切换分支A在这种运行状态中承担从所述耦接节点K到所述馈电接头14a或者从所述馈电接头14b到所述耦接节点K的通电工作。

图4示出了具有蓄能装置1和直流电压供给线路8的***300的示意图。所述***300与在图3中示出的***200的区别主要在于：所述桥路9构造为具有阴极集合点的半桥路，也就是说，仅仅设置了所述相分接头8a和8b，通过所述相分接头8a和8b所述桥切换分支A被连接到所述蓄能装置1的相导线2a、2b上。因此，在图4的直流电压供给线路8中，在所述半桥路9的阴极集合点上始终存在所述相导线2a、2b的相应瞬时最高的电位。这个阴极集合点又与所述馈电节点14a连接。而所述馈电节点14b则与所述蓄能装置的汇流排2c连接。在所述模块分接线路6中，在图4所示出的实施方式中仅仅设置了模块切换分支A，所述模块切换分支A分别使能量供给分支Z的两个蓄能模块3之间的耦接节点K与所述馈电节点14a耦接。在图4的直流电压供给线路8中，也在所述半桥路9的阴极集合点与由此所述馈电节点14a和14b之间存在着电位差，所述电位差能够通过所述升压转换器14来升压为直流电压U_ZK。

图5以同样的方式示出了具有蓄能装置1和直流电压供给线路8的***400的示意图。所述***400与在图3中示出的***200的区别主要在于：所述桥路9构造为具有阳极集合点的半桥路，也就是说仅仅设置了所述相分接头8d和8e，通过所述相分接头8d和8e桥切换分支A被连接到所述蓄能装置1的相导线2a、2b上。因此，在图5的直流电压供给线路8中，在所述半桥路9的阳极集合点上始终存在着所述相导线2a、2b的相应瞬时最低的电位。这个阳极集合点又与所述馈电节点14b连接。而所述馈电节点14a在这种实施方式中则与所述蓄能装置的汇流排2c连接。在所述模块分接线路6中，在图5所示出的实施方式中仅仅设置了模块切换分支A，所述模块切换分支相应地使能量供给分支Z的两个蓄能模块3之间的耦接节点K与所述馈接节点14b耦接。在图5的直流电压供给线路8中，也在所述馈电节点14a与所述半桥路9的阳极集合点并且由此所述馈电节点14b之间存在着电位差，该电位差能够通过所述升压转换器14来升压为直流电压U_ZK。

所述可选的充电接头8j和8k能够不是布置在所述馈电节点14b上而是也布置在所述馈电节点14a上。

用图4和5的***300和400能够在所述电机2的、要求较低的电机电压、例如用电运行的车辆的较低的车速或停止状态的工作点上激活所述模块分接线路6，方法是：如此操控所述蓄能装置1的蓄能模块3，从而在至少一个耦接节点K上存在着适合于给所述直流电压供给线路8馈电的电位。如果所属的模块切换分支A设有模块耦接开关17，那么此外至少必须使这条模块切换分支A的模块耦接开关17闭合。

由此保证，在所述耦接节点K与所述汇流排2c之间串联的蓄能模块3相应地以完全的输出电压来运行时，所述模块分接线路6的输出电压不会下降到低于所述蓄能模块3的模块电压的总和。

在充电运行中，也就是说在所谓的里程-扩展-运行（Range-Extender-Betrieb）中在激活所述充电线路30或者40时，能够切断所述桥路9的和/或所述模块分接线路6的各个半导体开关17，以便始终通过所述当前适合于将能量输送到所述蓄能装置1中的输出接头1a、1b、1c或者耦接节点K反向于当前在其之间存在的电压来驱送所述充电线路30或者40的充电电流。能够有针对性地切断所述模块切换分支A和/或桥切换分支A的半导体开关17中的各个半导体开关，用于能够给相应其它的能量供给分支Z充电。

所说明的开关装置的所有开关元件都能够包括功率半导体开关、例如正常切断的或者正常导电的n-或者p-信道-MOSFET-开关或者相应的IGBT开关。在使用具有所定义的和足够的反向遮断能力（Rückw?rtssperrf?higkeit）的功率半导体开关时，能够放弃相应的、具有二极管的串联线路。

图8示出了一种用于从蓄能装置、尤其是如结合图1到6和8到9所描述的那样的蓄能装置1中提供直流电压的方法20的示意图。所述方法20例如能够用于从具有图3、4或者5的电动的驱动***200、300或者400的、用电运行的车辆的蓄能装置1中尤其为所述车辆的直流电车载电网提供直流电压。

在步骤21中首先能够在所述蓄能装置1的输出接头1a、1b上获取所述能量供给分支Z的输出电压。根据所获取到的输出电压，而后能够在步骤22中使所述能量供给分支Z之一的两个蓄能模块3之间的耦接节点K以切换的方式与所述第一馈电节点14a或者所述第二馈电节点14b耦接。这一点首先以有利的方式进行，如果所获取到的输出电压低于一个单个的蓄能模块3的最大的输出电压。同样，在步骤22中能够使所述能量供给分支Z之一的两个蓄能模块3之间的第一耦接节点K以切换的方式与所述第一馈电节点14a耦接，并且使所述能量供给分支Z之一的两个蓄能模块3之间的第二耦接节点K以切换的方式与所述第二馈电节点14b耦接。

在这种运行模式中，而后能够在步骤24中如此运行所述能量供给分支Z中的每个能量供给分支的、处于所述蓄能装置1的耦接节点K与汇流排2c之间的蓄能模块3，从而在所述馈电节点14a与14b之间始终至少加载着蓄能单池模块5的电压。但是，特别有利的是，根据电流方向用最大的或者颠倒的最大的模块输出电压来运行所谈及的蓄能模块3。能够在步骤25中如此调节每个能量供给分支Z的、其余的蓄能模块3的输出电压，使得所述蓄能装置1的输出接头1a、1b上的能量供给分支Z的总输出电压相当于在步骤21中所获取到的额定值。

Claims

1.具有蓄能装置（1）和直流电压供给线路（8）的***（200、300、400），其中所述蓄能装置（1）具有至少两个能量供给分支（Z），所述能量供给分支在第一输出端上分别与所述蓄能装置（1）的至少一个输出接头（1a、1b）耦接以用于在所述输出接头（1a、1b）上产生交流电压并且在第二输出端上与共同的汇流排（2c）耦接，

其中所述能量供给分支（Z）中的每个能量供给分支都具有多个串联的蓄能模块（3），所述蓄能模块分别包括：

-具有至少一个蓄能单池（5a、5k）的蓄能单池模块（5）；以及

-具有由耦接元件（7a、7b、7c、7d）构成的耦接桥路的耦接装置（7），其中所述耦接元件（7a、7b、7c、7d）被设计用于：选择性地将所述蓄能单池模块（5）切换到相应的能量供给分支（Z）中或者在所述能量供给分支（Z）中绕开所述蓄能单池模块（5），

并且其中所述直流电压供给线路（8）具有：

-具有多个第一馈电接头（8a、8b）的桥路（9），所述第一馈电接头（8a、8b）分别与所述蓄能装置（1）的输出接头（1a、1b）中的一个输出接头耦接；

-两个馈电节点（14a、14b），所述两个馈电节点中至少一个馈电节点与所述桥路（9）耦接；以及

-模块分接线路（6），所述模块分接线路具有至少一个具有整流二极管（16）的模块切换分支（A），其中所述至少一个模块切换分支（A）中的每个模块切换分支都将在所述能量供给分支（Z）中的一个能量供给分支的两个蓄能模块（3）之间的耦接节点（K）以能够切换的方式与馈电节点（14a、14b）连接起来。

2.按权利要求1所述的***（200、300、400），

其特征在于，所述至少一个模块切换分支（A）中的至少一个模块切换分支除了所述整流二极管（16）还具有与所述整流二极管（16）串联的模块耦接开关（17）。

3.按权利要求1或2所述的***（200、300、400），此外具有：

直流变压器（14），所述直流变压器被耦接在第一馈电节点（14a）与第二耦接节点（14b）之间。

4.按权利要求3所述的***（200、300、400），其中所述直流变压器（14）具有升压转换器或者正向转换器。

5.按权利要求1到4中任一项所述的***（200、300、400），其中所述直流电压供给线路（8）具有两个充电线路接头（8j、8k）和充电线路，所述充电线路在同时存在所述直流变压器（14）的情况下通过所述两个充电线路接头（8j、8k）与所述直流变压器（14）串联地耦接，并且其中所述充电线路在不存在所述直流变压器（14）的情况下利用所述两个充电线路接头（8j、8k）直接连接到所述馈电节点（14a、14b）上，并且其中所述充电线路被设计用于：为所述蓄能装置（1）的蓄能单池模块（5）提供充电直流电压。

6.按权利要求1到5中任一项所述的***（200、300、400），其中所述桥路（9）具有多个第一桥分支（A），所述第一桥分支则具有二极管（16）或者由二极管（16）和桥耦接开关（17）构成的串联线路，所述第一桥分支（A）分别被耦接在与所述桥路连接的馈电节点（14a、14b）和多个第一馈电接头（8a、8b）中的一个第一馈电接头或多个第二馈电接头（8d、8e）中的一个第二馈电接头之间。

7.按权利要求1到6中任一项所述的***（200、300、400），其中所述桥路具有另一第一馈电接头（8c）或者另一第二馈电接头（8f），所述另一第一馈电接头或者另一第二馈电接头与所述蓄能装置（1）的输出接头（1c）并且由此与其汇流排（2c）连接。

8.按权利要求1到7中任一项所述的***（200、300、400），其中所述桥路（9）不仅具有多个第一馈电接头（8a、8b、8c）而且具有多个第二馈电接头（8d、8e、8f），所述多个第一馈电接头和所述多个第二馈电接头分别与所述蓄能装置（1）的输出接头（1a、1b）中的一个输出接头或者所述汇流排（2c）耦接。

9.按权利要求7所述的***（200、300、400），其中所述桥路（9）具有另一桥切换分支（A），所述另一桥切换分支将所述另一第一馈电接头（8c）或者所述另一第二馈电接头（8f）与所述两个馈电节点（14a、14b）中的那个已经通过所述桥路（9）与所述第一馈电接头（8a、8b）或者与所述第二馈电节点（8d、8e）连接的馈电节点连接起来。

10.按权利要求8所述的***（200、300、400），其中所述桥路（9）具有多个第一桥分支（A）和多个分别具有二极管（16）或者由二极管（16）和桥耦接开关（17）构成的串联线路的第二桥切换分支（A），其中所述第一桥切换分支（A）分别在所述多个第一馈电接头（8a、8b、8c）中的一个第一馈电接头与所述第一馈电节点（14a）之间切换，并且其中所述第二桥切换分支（A）分别在所述多个第二馈电接头（8d、8e、8f）中的一个第二馈电接头与所述第二馈电节点（14b）之间切换，并且其中取消在所述蓄能装置（1）的汇流排（2c）与所述馈电节点（14a、14b）中的一个馈电节点之间的直接导电的连接。

11.按权利要求10所述的***（200、300、400），其中所述至少一个耦接节点K中的每个耦接节点都通过模块切换分支（A）与任意的馈电节点（14a、14b）连接，或者作为替代方案分别通过模块切换分支（A）与所述两个馈电节点（14a、14b）中的每个馈电节点连接。

12.按权利要求1到11中任一项所述的***（200、300、400），其中所述蓄能装置（1）的每个能量供给分支（Z）都最多具有一个耦接节点（K），并且其中各个能量供给分支（Z）中的蓄能模块（3）的数量在相应的耦接节点（K）的两侧上相同。

13.按权利要求1到12中任一项所述的***（200、300、400），此外具有：

具有n个相接头的n相的电机（2），所述电机与所述蓄能装置（1）的输出接头（1a、1b）耦接，其中n≥1。

14.按权利要求13所述的***（200、300、400），其中所述n相的电机具有被引出的绕组星形汇接点，并且其中所述绕组星形汇接点与所述蓄能装置（1）的输出接头（1c）并且由此与其汇流排（2c）连接。

15.用于由按照权利要求1到14中任一项所述的***（200、300、400）提供直流电压的方法（20），所述方法具有以下步骤：

获取（21）所述能量供给分支（Z）在所述蓄能装置（1）的输出接头（1a、1b）处的输出电压；

如果所获取的、所述蓄能装置（1）的输出电压小于单个蓄能模块（3）的最大输出电压，就以切换的方式将在所述能量供给分支（Z）中的一个能量供给分支的两个蓄能模块（3）之间的至少一个耦接节点（K）与能够通过模块切换分支（A）与所述耦接节点连接的馈电节点（14a、14b）耦接（22），

以下述方式运行（24）处于所述蓄能装置（1）的汇流排（2c）与耦接节点（K）之间的蓄能模块（3），即始终至少在所述耦接节点（K）中的一个耦接节点上存在一种电位，所述电位与所述汇流排（2c）的电位至少相差了蓄能模块（3）的最大输出电压；并且

以下述方式调节（25）所述能量供给分支（Z）中的每个能量供给分支的其余的蓄能模块（3）的输出电压，即所述能量供给分支（Z）在所述蓄能装置（1）的输出接头（1a、1b）处的总输出电压相当于在步骤（21）中所获取到的电压。