DE102011118716B4 - Speichersystem für elektrische Energie - Google Patents

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Abstract

Speichersystem (10) für elektrische Energie für ein Elektrofahrzeug, umfassend – einen Plusanschluss (12) und einen Minusanschluss (13); – ein erstes Schütz (14), das mit dem Plusanschluss (12) verbunden ist; – ein zweites Schütz (15), das mit dem Minusanschluss (13) verbunden ist; – wenigstens einen Akkumulator (16.1), der in Reihe zwischen den beiden Schützen (14, 15) geschaltet ist; – einen ersten Transistor (17) und einen zweiten Transistor (18), wobei die Transistoren (17, 18) derart geschaltet sind, dass ein Entladestrompfad durch den ersten Transistor (17) und ein Ladestrompfad durch den zweiten Transistor (18) verläuft, – eine erste Diode (19) und eine zweite Diode (20), wobei die erste Diode (19) gegensinnig zu dem ersten Transistor (17) und die zweite Diode (20) gegensinnig zu dem zweiten Transistor (18) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transistor (17) zwischen dem ersten Schütz (14) und dem wenigstens einen Akkumulator (16.1) und der zweite Transistor (18) zwischen dem wenigstens einen Akkumulator (16.1) und dem zweiten Schütz (15) liegt, der wenigstens eine Akkumulator (16.1) zwischen den beiden Transistoren (17, 18) angeordnet ist, ein Vorladewiderstand (21) parallel zum ersten Transistor (17) geschaltet ist und Gate-Anschlüsse der beiden Transistoren (17, 18) jeweils separat an eine Steuereinheit (22) gekoppelt sind, sodass sie einzeln unabhängig voneinander ansteuerbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Speichersystem für elektrische Energie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie auch aus der WO 2010/089 338 A2 bekannt. Derartige Speichersysteme sind besonders für den Einsatz in Elektrofahrzeugen geeignet.
  • Im Stand der Technik sind Elektrofahrzeuge, also Fahrzeuge mit Elektroantrieb wie beispielsweise Hybridautos und reine Elektroautos, bekannt, die Traktionsakkumulatoren für die elektrische Energieversorgung des Elektroantriebs umfassen. Diese Traktionsakkumulatoren sind in Reihe geschaltet und bilden ein Speichersystem für elektrische Energie, das an ein Hochspannungsbordnetz angeschlossen und typischerweise beim Entladen in dieses einen Strom von über 100 A bei einer Gleichspannung von über 100 V speisen und beim Laden aus diesem Gleichstrom beziehen.
  • Die Druckschrift DE 10 2009 020 178 A1 betrifft ein System zum Speichern von Energie und bildet die Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1. Diese Druckschrift offenbart ein Energiespeichersystem mit einem ersten Energiespeicher und einem in Serie geschalteten zweiten Energiespeicher. Jeder der beiden Energiespeicher weist eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Energiespeicherzellen auf, die beliebige elektrochemische Speicher wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batteriezellen sein können. Der erste Energiespeicher weist eine erste Steuereinheit zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des ersten Energiespeichers auf. Zur Steuerung des Energiespeichers ist die erste Steuereinheit über Steuerleitungen mit zwei Schützen verbunden. Durch ein Öffnen der Schütze kann der erste Energiespeicher von dem Energiespeichersystem abgetrennt werden. Der zweite Energiespeicher weist eine zweite Steuereinheit zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des zweiten Energiespeichers auf. Zur Steuerung des zweiten Energiespeichers ist die zweite Steuereinheit über Steuerleitungen mit zwei Schützen verbunden. Durch ein Öffnen der Schütze kann der zweite Energiespeicher von dem Energiespeichersystem abgetrennt werden. Die Energiebereitstellung von dem Energiespeichersystem und die Energieeinspeisung in das Energiespeichersystem erfolgen über zwei Leistungsanschlüsse, von denen der eine mit einem der Schütze der ersten Steuereinheit und der andere mit einem der Schütze der zweiten Steuereinheit verbunden ist. Das andere Schütz der ersten Steuereinheit ist über eine Sicherung mit dem anderen Schütz der zweiten Steuereinheit verbunden.
  • Falls zum Trennen der Energiespeicher, was beispielsweise aufgrund einer Notsituation erforderlich sein kann, die Schütze unter Last, also bei fließendem Strom geöffnet werden müssen, so sind die Schaltzeiten von ungefähr 25 bis 30 ms sehr groß.
  • Weitere Dokumente, die sich mit diesem technischen Gebiet auseinandersetzen, sind die WO 2010/089 338 A2 , die eine Kurzschluss-Schutzvorrichtung und Schaltanlage mit derartigen Schutzvorrichtungen offenbart, die WO 2011/098 374 A1 , die eine Schaltelementlastung für einen Trennschalter offenbart, die US 6 150 797 A , die einen Lade-/Entladeschaltkreis offenbart, die DE 10 2009 019 531 A1 , die ein Verfahren zum elektrischen Antreiben eines Kraftfahrzeugs offenbart, sowie die DE 695 22 804 T2 , die eine Diebstahl gesicherte Batterie offenbart. Schließlich offenbart die US 6 130 813 A eine Schutzschaltung für elektronische Geräte.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Speichersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein schnelleres Trennen bei Last zu ermöglichen sowie ein Verfahren zum Entladen eines derartigen Speichersystems und ein Verfahren zum Laden eines derartigen Speichersystems zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Speichersystem gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Die Erfindung schlägt insbesondere gemäß einem ersten Aspekt ein Speichersystem für elektrische Energie, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, vor, umfassend
    • – einen Plusanschluss und einen Minusanschluss;
    • – ein erstes Schütz, das mit dem Plusanschluss verbunden ist;
    • – ein zweites Schütz, das mit dem Minusanschluss verbunden ist;
    • – wenigstens einen Akkumulator, der in Reihe zwischen den beiden Schützen geschaltet ist;
    • – einen Halbleiterschalter, der geschlossen bidirektional leitet und geöffnet bidirektional sperrt; wobei
    • – der Halbleiterschalter in Reihe mit den Schützen und dem wenigstens einen Akkumulator geschaltet ist.
  • Die Schütze dienen zur galvanischen Trennung der Akkumulatoren des vorgeschlagenen Speichersystems von einer an den Plusanschluss und den Minusanschluss angeschlossenen Last oder Energiequelle. Da der Halbleiterschalter in Reihe mit den Schützen und dem wenigstens einen Akkumulator geschaltet ist und im Vergleich zu den bekannten Schützen deutlich kürze Schaltzeiten auch unter Last hat, ermöglicht das vorgeschlagene Speichersystem im Vergleich zu dem aus DE 10 2009 020 178 A1 bekannten Speichersystem ein schnelleres Trennen bei Last. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Halbleiterschalter vor oder gleichzeitig mit den Schützen zum Öffnen angesteuert wird. In diesem Fall können die Schütze ohne Last oder stromlos öffnen, was im Vergleich zum Öffnen unter Last deutlich schneller und mit deutlich weniger Verschleiß verbunden ist. Außerdem können preiswertere Schütze verbaut werden, da sie nicht mehr für ein Öffnen unter Last ausgelegt sein müssen.
  • Das vorgeschlagene Speichersystem kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise wenigstens ein weiteres Schütz und/oder wenigstens einen weiteren Akkumulator und/oder wenigstens einen weiteren Halbleiterschalter umfassen.
  • Jeder Halbleiterschalter kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise wenigstens einen MOSFET und/oder wenigstens einen IGBT und/oder wenigstens einen Thyristor umfassen.
  • Die Position des Halbleiterschalters in der Reihenschaltung mit Schützen und Akkumulatoren kann nach Bedarf beliebig gewählt werden. So kann der Halbleiterschalter beispielsweise zwischen dem Plusanschluss und dem ersten Schütz oder zwischen dem ersten Schütz und einem ersten Akkumulator oder zwischen zwei benachbarten Akkumulatoren oder zwischen dem ersten oder dem letzten Akkumulator und dem zweiten Schütz oder zwischen dem zweiten Schütz und dem Minusanschluss liegen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass
    • – der Halbleiterschalter einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor umfasst;
    • – die Transistoren derart geschaltet sind, dass ein Entladestrompfad, der zum Plusanschluss weist, zumindest durch den ersten Transistor und ein Ladestrompfad, der zum Minusanschluss weist, zumindest durch den zweiten Transistor verläuft.
  • Dadurch kann zumindest mit dem ersten Transistor oder mit beiden Transistoren ein Entladestrom, den die Akkumulatoren in eine an den Plusanschluss und den Minusanschluss angeschlossene Last speisen, und zumindest mit dem zweiten Transistor oder mit beiden Transistoren ein Ladestrom, den die Akkumulatoren von einer an den Plusanschluss und den Minusanschluss angeschlossenen elektrischen Energiequelle beziehen, schnell und verschleißarm ein- und ausgeschaltet werden. Die Last kann beispielsweise ein Hochspannungsbordnetz eines Elektrofahrzeugs, das beispielsweise einen Elektromotor aufweist, sein, und die Energiequelle kann beispielsweise ein Hochspannungsbordnetz eines Elektrofahrzeugs, das beispielsweise einen Generator und/oder Brennstoffzellen aufweist, sein.
  • Die Transistoren können nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet und/oder geschaltet und/oder angesteuert sein. So können die Transistoren beispielsweise derart ausgebildet und/oder geschaltet und/oder angesteuert sein, dass der Entladestrompfad durch den ersten Transistor, aber nicht durch den zweiten Transistor verläuft, falls der erste Transistor geschlossen und der zweite Transistor geschlossen oder geöffnet ist, oder dass der Entladestrompfad sowohl durch den ersten Transistor als auch durch den zweiten Transistor verläuft, falls beide Transistoren geschlossen sind. Alternativ oder zusätzlich können die Transistoren beispielsweise derart ausgebildet und/oder geschaltet und/oder angesteuert sein, dass der Entladestrompfad gesperrt ist, falls der erste Transistor geöffnet und der zweite Transistor geschlossen oder geöffnet ist. Alternativ oder zusätzlich können die Transistoren beispielsweise derart ausgebildet und/oder geschaltet und/oder angesteuert sein, dass der Ladestrompfad durch den zweiten Transistor, aber nicht durch den ersten Transistor verläuft, falls der zweite Transistor geschlossen und der erste Transistor geschlossen oder geöffnet ist, oder dass der Ladestrompfad sowohl durch den zweiten Transistor als auch durch den ersten Transistor verläuft, falls beide Transistoren geschlossen sind. Alternativ oder zusätzlich können die Transistoren beispielsweise derart ausgebildet und/oder geschaltet und/oder angesteuert sein, dass der Ladestrompfad gesperrt ist, falls der zweite Transistor geöffnet und der erste Transistor geschlossen oder geöffnet ist.
  • Die Position der Transistoren in der Reihenschaltung mit Schützen und Akkumulatoren kann nach Bedarf beliebig gewählt werden. So kann beispielsweise der erste Transistor zwischen dem Plusanschluss und dem ersten Schütz oder zwischen dem ersten Schütz und einem ersten Akkumulator oder zwischen zwei benachbarten Akkumulatoren oder zwischen dem ersten oder dem letzten Akkumulator und dem zweiten Schütz oder zwischen dem zweiten Schütz und dem Minusanschluss liegen. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise der zweite Transistor zwischen dem Plusanschluss und dem ersten Schütz oder zwischen dem ersten Schütz und dem ersten Akkumulator oder zwischen zwei benachbarten Akkumulatoren oder zwischen dem ersten oder dem letzten Akkumulator und dem zweiten Schütz oder zwischen dem zweiten Schütz und dem Minusanschluss liegen.
  • Jeder Transistor kann nach Bedarf beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als MOSFET, insbesondere Leistungs-MOSFET, oder IGBT.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass
    • – der Halbleiterschalter weiter eine erste Diode und eine zweite Diode umfasst;
    • – die erste Diode gegensinnig zu dem ersten Transistor und die zweite Diode gegensinnig zu dem zweiten Transistor geschaltet ist.
  • Die Dioden stellen somit Freilaufdioden dar, die verhindern, dass der jeweilige Transistor bei Inversbetrieb beschädigt wird.
  • Jede Diode kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Body-Diode des MOSFET oder als Schottky-Diode.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Speichersystem weiter umfasst wenigstens einen Vorladewiderstand, der derart geschaltet ist, dass ein Vorladestrompfad, der zum Plusanschluss weist, durch ihn verläuft, falls der Halbleiterschalter sperrt.
  • Mit Hilfe dieses Vorladewiderstand kann beispielsweise eine Vorladung eines Zwischenkreiskondensators, der lastseitig an den Plusanschluss und den Minusanschluss gekoppelt ist, erreicht werden, wobei die Akkumulatoren, aber auch das komplette Hochspannungsbordnetz samt Speichersystem und angeschlossenen Lasten, Energiequellen und Zwischenkreiskondensator geschont werden, da der Vorladewiderstand den Vorladestrom begrenzt, der somit kleiner als der Entladestrom ist.
  • Der Vorladewiderstand kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise geschaltet sein, beispielsweise parallel zum ersten Transistor oder parallel zum ersten Transistor und zweiten Transistor. Alternativ oder zusätzlich kann er nach Bedarf in den Halbleiterschalter integriert oder separat von ihm geschaltet sein.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Speichersystem weiter umfasst wenigstens einen weiteren Akkumulator, wobei
    • – die Akkumulatoren in Reihe geschaltet sind;
    • – die beiden Transistoren, falls die Anzahl der Akkumulatoren gerade ist, zwischen den beiden mittleren Akkumulatoren liegen oder, falls die Anzahl der Akkumulatoren ungerade ist, die beiden Transistoren an anderer Stelle liegen oder der mittlere Akkumulator zwischen den beiden Transistoren liegt.
  • Hierdurch wird eine symmetrische Anordnung erreicht. Die beiden Transistoren können nach Bedarf aber auch an anderer Stelle liegen und insbesondere unsymmetrisch angeordnet sein.
  • Die Erfindung schlägt gemäß einem zweiten Aspekt insbesondere ein Verfahren zum Entladen eines Speichersystems für elektrische Energie vor, wobei das Speichersystem umfasst
    • – einen Plusanschluss und einen Minusanschluss;
    • – ein erstes Schütz, das mit dem Plusanschluss verbunden ist;
    • – ein zweites Schütz, das mit dem Minusanschluss verbunden ist;
    • – wenigstens einen Akkumulator, der in Reihe zwischen den beiden Schützen geschaltet ist;
    • – einen Halbleiterschalter, der geschlossen bidirektional leitet und geöffnet bidirektional sperrt;
    wobei
    • – der Halbleiterschalter in Reihe mit den Schützen und dem wenigstens einen Akkumulator geschaltet ist;
    • – in einem Schritt a) beide Schütze geschlossen werden oder geschlossen bleiben;
    • – in einem Schritt b) der Halbleiterschalter geschlossen wird oder geschlossen bleibt.
  • Beim Entladen speisen die Akkumulatoren einen Gleichstrom in eine an den Plusanschluss und den Minusanschluss angeschlossene Last, die beispielsweise ein Hochspannungsbordnetz eines Elektrofahrzeugs ist, das beispielsweise einen Elektromotor aufweist. Dadurch fließt im Speichersystem ein Entladestrom von dem Minusanschluss durch die Akkumulatoren zu dem Plusanschluss. Da die Schütze und der Halbleiterschalter in Reihe geschaltet sind, kann der Entladestrom, sobald die Schütze und der Halbleiterschalter geschlossen sind, durch die Schütze und den Halbleiterschalter fließen.
  • Das Speichersystem kann beispielsweise eines der vorgeschlagenen Speichersysteme sein.
  • Die Schütze können nach Bedarf nacheinander oder gleichzeitig geschlossen werden.
  • Die Reihenfolge der Schritte a) und b) kann nach Bedarf beliebig gewählt werden. So kann beispielsweise Schritt a) vor oder gleichzeitig mit oder nach Schritt b) ausgeführt werden. Vorteilhafterweise wird jedoch Schritt a) vor Schritt b) ausgeführt. Hierdurch werden die Schütze geschlossen, solange der Halbleiterschalter noch geöffnet ist und somit den Entladestrom sperrt, sodass dann das Schließen der Schütze stromlos erfolgt.
  • Falls bei Beginn des vorgeschlagenen Verfahrens zum Entladen der Halbleiterschalter bereits geschlossen sein sollte, so kann bevorzugt vor Schritt a) in einem Schritt a') der Halbleiterschalter geöffnet werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass
    • – der Halbleiterschalter einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor umfasst;
    • – die Transistoren derart geschaltet sind, dass ein Entladestrom, der zum Plusanschluss weist, durch den ersten Transistor fließt;
    • – in dem Schritt b) zumindest der erste Transistor geschlossen wird oder geschlossen bleibt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass zum Trennen des wenigstens einen Akkumulators von dem Plusanschluss und dem Minusanschluss
    • – in einem Schritt c) der Halbleiterschalter geöffnet wird;
    • – in einem Schritt d) beide Schütze geöffnet werden.
  • Dieses Trennen kann insbesondere aufgrund einer Notsituation, beispielsweise eines Unfalls oder eines Defekts, oder einer Reparatur oder Wartung oder eines zu niedrigen Ladezustands der Akkumulatoren erforderlich sein. Sobald die Schütze geöffnet sind, ist das Speichersystem beziehungsweise sind seine Akkumulatoren galvanisch von dem Plusanschluss und dem Minusanschluss getrennt.
  • Die Schütze können nach Bedarf nacheinander oder gleichzeitig geöffnet werden.
  • Die Reihenfolge der Schritte c) und d) kann nach Bedarf beliebig gewählt werden. So kann beispielsweise Schritt c) vor oder gleichzeitig mit oder nach Schritt d) ausgeführt werden. Vorteilhafterweise wird jedoch Schritt c) vor Schritt d) ausgeführt. Hierdurch wird der Halbleiterschalter geöffnet und somit der Entladestrom gesperrt, solange die Schütze noch geschlossen sind, sodass dann das Öffnen der Schütze stromlos erfolgt.
  • Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass
    • – der Halbleiterschalter einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor umfasst;
    • – die Transistoren derart geschaltet sind, dass ein Entladestrom, der zum Plusanschluss weist, durch den ersten Transistor fließt;
    • – in dem Schritt c) zumindest der erste Transistor geöffnet wird.
  • Da der Entladestrom durch den ersten Transistor fließt und auch fließen muss, kann er durch das Öffnen des ersten Transistors unterbrochen werden. Es ist aber auch möglich, beide Transistoren zu öffnen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass zum Vorladen eines Zwischenkreiskondensators, der an den Plusanschluss und den Minusanschluss gekoppelt ist,
    • – wenigstens ein Vorladewiderstand derart geschaltet ist, dass durch ihn ein Vorladestrom, der zum Plusanschluss weist, fließt, falls der Halbleiterschalter sperrt;
    • – in einem Schritt e) der Halbleiterschalter geöffnet wird oder geöffnet bleibt;
    • – in einem Schritt f) beide Schütze geschlossen werden oder geschlossen bleiben.
  • Ein derartiger Zwischenkreiskondensator ist gewöhnlich lastseitig parallel zu einer Last an den Plusanschluss und den Minusanschluss gekoppelt und dient beispielsweise dazu, Spannungsschwankungen zu puffern. Falls dieser Zwischenkreiskondensator ungeladen oder nur schwach geladen sein sollte, so würden die Schritte a) und b) einen anfangs sehr großen Entladestrom bewirken, der die Akkumulatoren zerstören könnte. Dies kann beim vorgeschlagenen Vorladen mit Hilfe des Vorladewiderstands vermieden werden.
  • Falls vom Entladen zum Vorladen übergegangen werden soll, so kann dies einfach durch Schritt e) und durch Schritt f) in der zweiten Alternative erfolgen, da ja in Schritt b) beim Entladen bereits beide Schütze geschlossen wurden und nun einfach geschlossen bleiben. Sobald also der Halbleiterschalter geöffnet ist, kann der Entladestrom nicht mehr durch den Halbleiterschalter fließen, sondern nur noch durch den Vorladewiderstand, sodass nun ein Vorladestrom mit einer entsprechend dem elektrischen Widerstand oder Leitwert des Vorladewiderstands verringerten Stromstärke in dem Speichersystem fließt. Der Halbleiterschalter hat also hier nicht nur die Funktion, das Entladen ein- und auszuschalten, sondern auch die Funktion, das Vorladen ein- und auszuschalten.
  • Die Schütze können nach Bedarf nacheinander oder gleichzeitig geschlossen werden.
  • Die Reihenfolge der Schritte e) und f) kann nach Bedarf beliebig gewählt werden. So kann Schritt e) vor oder gleichzeitig mit oder nach Schritt f) ausgeführt wird. Vorteilhafterweise wird jedoch Schritt e) vor Schritt f) in der ersten Alternative ausgeführt, da hierdurch in Schritt f) in der ersten Alternative die Schütze stromlos geschlossen werden.
  • Die Erfindung schlägt gemäß einem dritten Aspekt insbesondere ein Verfahren zum Laden eines Speichersystems für elektrische Energie vor, wobei das Speichersystem umfasst
    • – einen Plusanschluss und einen Minusanschluss;
    • – ein erstes Schütz, das mit dem Plusanschluss verbunden ist;
    • – ein zweites Schütz, das mit dem Minusanschluss verbunden ist;
    • – wenigstens einen Akkumulator, der in Reihe zwischen den beiden Schützen geschaltet ist;
    • – einen Halbleiterschalter, der geschlossen bidirektional leitet und geöffnet bidirektional sperrt;
    wobei
    • – der Halbleiterschalter in Reihe mit den Schützen und dem wenigstens einen Akkumulator geschaltet ist;
    • – in einem Schritt g) beide Schütze geschlossen werden oder geschlossen bleiben;
    • – in einem Schritt h) der Halbleiterschalter geschlossen wird oder geschlossen bleibt.
  • Beim Laden beziehen die Akkumulatoren einen Gleichstrom von einer an den Plusanschluss und den Minusanschluss angeschlossenen elektrischen Energiequelle, die beispielsweise ein Hochspannungsbordnetz eines Elektrofahrzeugs ist, das beispielsweise einen Generator und/oder Brennstoffzellen aufweist. Dadurch fließt im Speichersystem ein Ladestrom von dem Plusanschluss durch die Akkumulatoren zu dem Minusanschluss. Da die Schütze und der Halbleiterschalter in Reihe geschaltet sind, kann der Ladestrom, sobald die Schütze und der Halbleiterschalter geschlossen sind, durch die Schütze und den Halbleiterschalter fließen und die Akkumulatoren laden.
  • Das Speichersystem kann beispielsweise eines der vorgeschlagenen Speichersysteme sein.
  • Die Schütze können nach Bedarf nacheinander oder gleichzeitig geschlossen werden.
  • Die Reihenfolge der Schritte g) und h) kann nach Bedarf beliebig gewählt sein. So kann beispielsweise Schritt g) vor oder gleichzeitig mit oder nach Schritt h) ausgeführt werden. Vorteilhafterweise wird jedoch Schritt g) vor Schritt h) ausgeführt. Hierdurch werden die Schütze geschlossen, solange der Halbleiterschalter noch geöffnet ist und somit den Ladestrom sperrt, sodass das Schließen der Schütze stromlos erfolgt.
  • Falls bei Beginn des vorgeschlagenen Verfahrens zum Laden der Halbleiterschalter bereits geschlossen sein sollte, so kann bevorzugt vor Schritt g) in einem Schritt g') der Halbleiterschalter geöffnet werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass
    • – der Halbleiterschalter einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor umfasst;
    • – die Transistoren derart geschaltet sind, dass ein Ladestrom, der zum Minusanschluss weist, durch den zweiten Transistor fließt;
    • – in dem Schritt h) zumindest der zweite Transistor geschlossen wird oder geschlossen bleibt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass zum Trennen des wenigstens einen Akkumulators von dem Plusanschluss und dem Minusanschluss
    • – in einem Schritt i) der Halbleiterschalter geöffnet wird;
    • – in einem Schritt j) beide Schütze geöffnet werden.
  • Dieses Trennen kann insbesondere aufgrund einer Notsituation, beispielsweise eines Unfalls oder eines Defekts, oder einer Reparatur oder Wartung oder eines ausreichend hohen Ladezustands der Akkumulatoren erforderlich sein. Sobald die Schütze geöffnet sind, ist das Speichersystem beziehungsweise sind seine Akkumulatoren galvanisch von dem Plusanschluss und dem Minusanschluss getrennt.
  • Die Schütze können nach Bedarf nacheinander oder gleichzeitig geöffnet werden.
  • Die Reihenfolge der Schritte i) und j) kann nach Bedarf beliebig gewählt sein. So kann beispielsweise Schritt i) vor oder gleichzeitig mit oder nach Schritt j) ausgeführt werden. Vorteilhafterweise wird jedoch Schritt i) vor Schritt j) ausgeführt. Hierdurch wird der Halbleiterschalter geöffnet und somit der Ladestrom unterbrochen, solange die Schütze noch geschlossen sind, sodass diese dann stromlos geöffnet werden können.
  • Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass
    • – der Halbleiterschalter einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor umfasst;
    • – die Transistoren derart geschaltet sind, dass ein Ladestrom, der zum Minusanschluss weist, durch den zweiten Transistor fließt;
    • – in dem Schritt i) zumindest der zweite Transistor geöffnet wird.
  • Da der Ladestrom durch den zweiten Transistor fließt und auch fließen muss, kann er durch das Öffnen des zweiten Transistors unterbrochen werden. Es ist aber auch möglich, beide Transistoren zu öffnen.
  • Die Ausführungen zu einem der Aspekte der Erfindung, insbesondere zu einzelnen Merkmalen dieses Aspektes, gelten entsprechend auch analog für die anderen Aspekte der Erfindung.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Die daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausführungsformen beschränkt, sondern können mit weiter oben beschriebenen einzelnen Merkmalen und/oder mit einzelnen Merkmalen anderer Ausführungsformen verbunden werden. Die Einzelheiten in den Zeichnungen sind nur erläuternd, nicht aber beschränkend auszulegen. Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszeichen sollen den Schutzbereich der Erfindung in keiner Weise beschränken, sondern verweisen lediglich auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen.
  • Die Zeichnungen zeigen in:
  • 1 einen Schaltplan eines Speichersystems für elektrische Energie in einer ersten Ausführungsform;
  • 2 einen Schaltplan eines Speichersystems für elektrische Energie in einer zweiten Ausführungsform; und
  • 3 einen Schaltplan eines Speichersystems für elektrische Energie in einer dritten Ausführungsform.
  • In der 1 ist ein Speichersystem 10 für elektrische Energie in einer ersten Ausführungsform zum Anschluss an ein Hochspannungsbordnetz 11 eines Elektrofahrzeugs dargestellt. Dieses Speichersystem 10 umfasst einen Plusanschluss 12, einen Minusanschluss 13, ein erstes Schütz 14, ein zweites Schütz 15, vier Akkumulatoren 16.1, 16.2, 16.3, 16.4 und einen Halbleiterschalter 23.
  • An den Plusanschluss 12 und den Minusanschluss 13 ist das Hochspannungsbordnetz 11 angeschlossen, das einen Zwischenkreiskondensator 24, einen Elektromotor 25, der über einen Schalter 25' in das Hochspannungsbordnetz 11 eingekoppelt werden kann, und ein Brennstoffzellenmodul 26, das über einen Schalter 26' in das Hochspannungsbordnetz 11 eingekoppelt werden kann, umfasst. Der Zwischenkreiskondensator 24, der Elektromotor 25 und das Brennstoffzellenmodul 26 sind parallel geschaltet. Der Elektromotor 25 stellt im Motorbetrieb eine elektrische Last und im Generatorbetrieb eine elektrische Energiequelle für das Speichersystem 10 dar. Auch das Brennstoffzellenmodul 26 kann eine elektrische Energiequelle für das Speichersystem 10 darstellen.
  • Das erste Schütz 14 weist einen ersten Hauptstromkontakt, der an den Plusanschluss 12 angeschlossen ist, und einen zweiten Hauptstromkontakt auf, der an den Pluspol des ersten Akkumulators 16.1 angeschlossen ist. Der erste Akkumulator 16.1 ist in Reihe mit dem zweiten Akkumulator 16.2 geschaltet. Das zweite Schütz 15 weist einen ersten Hauptstromkontakt, der an den Minusanschluss 13 angeschlossen ist, und einen zweiten Hauptstromkontakt auf, der an den Minuspol des vierten Akkumulators 16.4 angeschlossen ist. Der vierte Akkumulator 16.4 ist in Reihe mit dem dritten Akkumulator 16.3 geschaltet.
  • Der Halbleiterschalter 23 leitet im geschlossenen Zustand bidirektional und sperrt im geöffneten Zustand bidirektional, und er ist in Reihe an den Minuspol des zweiten Akkumulators 16.2 und den Pluspol des dritten Akkumulators 16.3 angeschlossen. Folglich ist er in Reihe mit den Schützen 14, 15 und den Akkumulatoren 16 geschaltet und zudem derart geschaltet, dass ein Entladestrompfad, der zum Plusanschluss 12 weist, und ein Ladestrompfad, der zum Minusanschluss 13 weist, durch ihn verläuft, falls er geschlossen ist und leitet.
  • Bei dieser ersten Ausführungsform ist die Anzahl der Akkumulatoren 16 gerade und liegt der Halbleiterschalter 23 zwischen den beiden mittleren Akkumulatoren 16.2 und 16.3.
  • Bei dieser ersten Ausführungsform umfasst das Speichersystem 10 weiter einen Vorladewiderstand 21, der parallel zu dem Halbleiterschalter 23 geschaltet ist. Er ist somit derart geschaltet, dass ein Vorladestrompfad, der zum Plusanschluss 12 weist, durch ihn verläuft, falls der Halbleiterschalter 23 geöffnet ist und sperrt.
  • Bei dieser ersten Ausführungsform umfasst das Speichersystem 10 weiter eine Steuereinheit 22, die über gepunktet dargestellte Steuerleitungen mit den Schützen 14, 15 und dem Halbleiterschalter 23 verbunden ist und an eine nicht dargestellte Zentralsteuereinheit des Elektrofahrzeugs angeschlossen ist. Die Steuereinheit 22 ist derart ausgebildet, dass sie ein Verfahren zum Entladen des Speichersystems 10 und ein Verfahren zum Laden des Speichersystems 10 ausführen kann, die nachfolgend näher beschrieben werden.
  • Beim Entladen speist das Speichersystem 10 einen Entladestrom IE in das Hochspannungsbordnetz 11, das in diesem Fall als eine elektrische Last in Gestalt des als Motor betriebenen Elektromotors 25 durch Schließen des Schalters 25' an dem Plusanschluss 12 und dem Minusanschluss 13 anliegt. Dieser Entladestrom IE fließt von dem Plusanschluss 12 durch das Hochspannungsbordnetz 11 zum Minusanschluss 13 und von diesem weiter im Speichersystem 10 zurück zum Plusanschluss 12.
  • Bei dem in der Steuereinheit 22 implementierten Verfahren zum Entladen erfolgt bei Bedarf zunächst ein Vorladen des Zwischenkreiskondensators 24 mit einem durch den Vorladewiderstand 21 im Vergleich zu dem Entladestrom IE verringerten Vorladestrom IV und anschließend das eigentliche Entladen mit dem nicht durch den Vorladewiderstand 21 verringerten Entladestrom IE. Zum Vorladen wird zunächst in einem Schritt e) der Halbleiterschalter 23 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass er sperrt. Dann werden in einem Schritt f) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geschlossen, was wegen des geöffneten Halbleiterschalters 23 zwar nicht stromlos, aber doch bei dem im Vergleich zum Entladestrom IE verringerten Vorladestrom IV erfolgt. Nun können die Akkumulatoren 16 den Vorladestrom IV liefern, der aus dem Speichersystem 10 vom Plusanschluss 12 zum Zwischenkreiskondensator 24 und von diesem zum Minusanschluss 13 und weiter durch das zweite Schütz 15, den vierten und den dritten Akkumulator 16.4, 16.3, den Vorladewiderstand 21, den zweiten und den ersten Akkumulator 16.2, 16.1 und das erste Schütz 14 zurück zum Plusanschluss 12 fließt.
  • Falls vom Vorladen zum Entladen übergangen werden soll, beispielsweise weil die Steuereinheit 22 und/oder die Zentralsteuereinheit einen ausreichend hohen Ladezustand des Zwischenkreiskondensators 24 festgestellt hat und beispielsweise der Schalter 25' geschlossen wird, so wird, unter Auslassen des Schrittes a), sogleich im Schritt b) der Halbleiterschalter 23 durch ein entsprechendes Steuersignal geschlossen, der somit leitet und den Vorladewiderstand 21 überbrückt. Folglich kann der Entladestrom IE wie der Vorladestrom IV vom Speichersystem 10 zum Hochspannungsbordnetz 11 fließen, jedoch fließt er, im Unterschied zu dem Vorladestrom IV, im Speichersystem 10 vom dritten Akkumulator 16.3 durch den nun geschlossenen Halbleiterschalter 23 am Vorladewiderstand 21 vorbei zum zweiten Akkumulator 16.2.
  • Falls dieses Entladen oder das Vorladen beendet werden soll, beispielsweise weil die Steuereinheit 22 und/oder die Zentralsteuereinheit einen kritisch niedrigen Ladezustand der Akkumulatoren 16 oder einen Unfall des Elektrofahrzeugs festgestellt hat, so ist bei dem Verfahren zum Entladen vorgesehen, dass zum Trennen der Akkumulatoren 16 von dem Plusanschluss 12 und dem Minusanschluss 13 zunächst in einem Schritt c) der Halbleiterschalter 23 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet wird, sodass er sperrt und der Strompfad zwischen den beiden mittleren Akkumulatoren 16.2, 16.3 zwar nicht vollständig unterbrochen, aber durch den Vorladewiderstand 21 geführt wird. Dann werden in einem Schritt d) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geöffnet, was zwar nicht stromlos, aber doch bei dem im Vergleich zum Entladestrom IE verringerten Vorladestrom IV geschieht, da der Halbleiterschalter 23 geöffnet ist.
  • Falls das Entladen ohne vorheriges Vorladen erfolgen soll, so ist bei dem Verfahren zum Entladen vorgesehen, dass zunächst in einem Schritt a') der Halbleiterschalter 23 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet wird, sodass er sperrt und der Stromfluss im Speichersystem 10 zwar nicht vollständig unterbrochen, aber durch den Vorladewiderstand 21 geführt wird. Dann werden in einem Schritt a) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geschlossen. Dies erfolgt zwar nicht stromlos, aber doch bei dem im Vergleich zum Entladestrom IE verringerten Vorladestrom IV da der Halbleiterschalter 23 geöffnet ist. Dann wird in einem Schritt b) der Halbleiterschalter 23 durch ein entsprechendes Steuersignal geschlossen, der somit leitet und den Vorladewiderstand 21 überbrückt und einen im Vergleich zum Vorladewiderstand 21 niederohmigeren Strompfad zwischen dem Pluspol des dritten Akkumulators 16.3 und dem Minuspol des zweiten Akkumulators 16.2 schließt. Die Akkumulatoren 16 können folglich den Entladestrom IE liefern.
  • Beim Laden des Speichersystems 10 speist das Hochspannungsbordnetz 11, das in diesem Fall nun als eine elektrische Energiequelle in Gestalt des als Generator betriebenen Elektromotors 25 durch Schließen des Schalters 25' und/oder in Gestalt des Brennstoffzellenmoduls 26 durch Schließen des Schalters 26' an den Plusanschluss 12 und den Minusanschluss 13 angeschlossen ist, einen Ladestrom IL in das Speichersystem 10, der entgegengesetzt zu dem Entladestrom IE fließt.
  • Bei dem in der Steuereinheit 22 implementierten Verfahren zum Laden wird zunächst in einem Schritt g'), der dem Schritt a') beim Entladen entspricht, der Halbleiterschalter 23 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet. Dann werden in einem Schritt g) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geschlossen. Dies kann aufgrund des geöffneten Halbleiterschalters 23 zwar nicht stromlos, aber doch bei einer im Vergleich zum Entladestrom IE verringerten Stromstärke entsprechend dem Vorladewiderstand 21 erfolgen. Dann wird in einem Schritt h) der Halbleiterschalter 23 durch ein entsprechendes Steuersignal geschlossen, sodass er den Vorladewiderstand 21 überbrückt und die niederohmige Verbindung zwischen dem Minuspol des zweiten Akkumulators 16.2 und dem Pluspol des dritten Akkumulators 16.3 hergestellt ist und der Ladestrom IL fließen kann.
  • Falls dieses Laden beendet werden soll, beispielsweise weil die Steuereinheit 22 und/oder die Zentralsteuereinheit einen kritisch oder ausreichend hohen Ladezustand der Akkumulatoren 16 oder einen Unfall des Elektrofahrzeugs festgestellt hat, so ist bei dem Verfahren zum Laden vorgesehen, dass zum Trennen der Akkumulatoren 16 von dem Plusanschluss 12 und dem Minusanschluss 13 zunächst in einem Schritt i) der Halbleiterschalter 23 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet wird, sodass der Ladestrom IL zwar nicht unterbrochen, aber doch entsprechend dem Vorladewiderstand 21 verringert wird. Dann werden in einem Schritt h) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geöffnet. Dies erfolgt wegen des geöffneten Halbleiterschalters 23 zwar nicht stromlos, aber doch bei der entsprechend dem Vorladewiderstand 21 verringerten Stromstärke.
  • In der 2 ist ein Speichersystem 10 in einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Diese zweite Ausführungsform ähnelt der ersten Ausführungsform, sodass im Folgenden lediglich die Unterschiede ausführlicher beschrieben werden.
  • Bei dieser zweiten Ausführungsform umfasst der Halbleiterschalter 23 einen ersten Transistor 17, einen zweiten Transistor 18, eine erste Diode 19 und eine zweite Diode 20. Die Transistoren 17, 18 sind hier jeweils als ein selbstsperrender n-Kanal Leistungs-MOSFET 17, 18 ausgebildet und in Reihe an den Minuspol des zweiten Akkumulators 16.2 und den Pluspol des dritten Akkumulators 16.3 angeschlossen, wobei der erste Transistor 17 näher zum Minusanschluss 13 und der zweite Transistor 18 näher zum Plusanschluss 12 liegt. Sie sind dabei gegensinnig zueinander ausgerichtet, da die Normalbetriebsrichtung des ersten Transistors 17 entgegengesetzt zur Normalbetriebsrichtung des zweiten Transistors 18 weist. Hier ist beispielhaft der Drain-Anschluss des ersten Transistors 17 mit dem Pluspol des dritten Akkumulators 16.3 verbunden, der Source-Anschluss des ersten Transistors 17 mit dem Source-Anschluss des zweiten Transistors 18 und der Drain-Anschluss des zweiten Transistors 18 mit dem Minuspol des zweiten Akkumulators 16.2. Somit weist die Normalbetriebsrichtung des ersten Transistors 17 zum Plusanschluss 12 und damit in Richtung des Entladestroms IE und die Normalbetriebsrichtung des zweiten Transistors 18 zum Minusanschluss 13 und damit in Richtung des Ladestroms IL. Folglich sind die Transistoren 17, 18 in Reihe mit den Schützen 14, 15 und den Akkumulatoren 16 und zudem derart geschaltet, dass der Entladestrompfad durch den ersten Transistor 17 und der Ladestrompfad durch den zweiten Transistor 18 verläuft.
  • Die erste Diode 19 ist antiparallel zu dem ersten Transistor 17 geschaltet, da sie parallel zu ihm geschaltet ist, aber ihre Durchlassrichtung entgegengesetzt zu dessen Normalbetriebsrichtung und somit in dessen Inversbetriebsrichtung und ihre Sperrrichtung in dessen Normalbetriebsrichtung weist. Die zweite Diode 20 ist antiparallel zu dem zweiten Transistor 18 geschaltet, da sie parallel zu ihm geschaltet ist, aber ihre Durchlassrichtung entgegengesetzt zu dessen Normalbetriebsrichtung und somit in dessen Inversbetriebsrichtung und ihre Sperrrichtung in dessen Normalbetriebsrichtung weist. Jede Diode 19, 20 ist folglich gegensinnig zu dem jeweiligen Transistor 17, 18 geschaltet.
  • Bei dieser zweiten Ausführungsform wird jede Diode 19, 20 durch eine Body-Diode des jeweiligen als MOSFET ausgebildeten Transistors 17, 18 dadurch gebildet, dass bei dem entsprechenden MOSFET der Source-Anschluss mit dem Bulk-Anschluss verbunden ist.
  • Bei dieser zweiten Ausführungsform sind die Gate-Anschlüsse der Transistoren 17, 18 miteinander verbunden und an die Steuereinheit 22 gekoppelt.
  • Bei dem in der Steuereinheit 22 implementierten Verfahren zum Entladen werden zum Vorladen zunächst im Schritt e) beide Transistoren 17, 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass der erste Transistor 17 und die in Sperrrichtung geschaltete erste Diode 19 den Strompfad durch den Halbleiterschalter 23 sperren. Dann werden im Schritt f) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geschlossen. Nun kann der Vorladestrom IV im Speichersystem 10 vom dritten Akkumulator 16.3 durch den Vorladewiderstand 21 am Halbleiterschalter 23 vorbei zum zweiten Akkumulator 16.2 fließen.
  • Zum nachfolgenden Entladen werden im Schritt b) beide Transistoren 17, 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geschlossen, sodass sie leiten und den Vorladewiderstand 21 überbrücken. Dabei verhindert die in Durchlassrichtung geschaltete zweite Diode 20 einen Inversbetrieb bei dem zweiten Transistor 18. Folglich kann der Entladestrom IE im Speichersystem 10 vom dritten Akkumulator 16.3 durch den nun in Normalbetriebsrichtung geschalteten ersten Transistor 17 und die zweite Diode 20 am Vorladewiderstand 21 vorbei zum zweiten Akkumulator 16.2 fließen.
  • Zum Trennen der Akkumulatoren 16 von dem Plusanschluss 12 und dem Minusanschluss 13 werden zunächst im Schritt c) beide Transistoren 17, 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass der erste Transistor 17 und die in Sperrrichtung geschaltete erste Diode 19 den Strompfad durch den Halbleiterschalter 23 sperren und lediglich der Strompfad durch den Vorladewiderstand 21 verbleibt. Dann werden im Schritt d) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geöffnet.
  • Bei dem in der Steuereinheit 22 implementierten Verfahren zum Laden werden zunächst im Schritt g') beide Transistoren 17, 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass der zweite Transistor 18 und die in Sperrrichtung geschaltete zweite Diode 20 den Strompfad durch den Halbleiterschalter 23 sperren. Dann werden im Schritt g) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geschlossen. Dann werden im Schritt h) beide Transistoren 17, 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geschlossen, sodass sie leiten und den Vorladewiderstand 21 überbrücken. Dabei verhindert die in Durchlassrichtung geschaltete erste Diode 19 einen Inversbetrieb bei dem ersten Transistor 17. Folglich kann der Ladestrom IL im Speichersystem 10 vom zweiten Akkumulator 16.2 durch den nun in Normalbetriebsrichtung geschalteten zweiten Transistor 18 und die erste Diode 19 am Vorladewiderstand 21 vorbei zum dritten Akkumulator 16.3 fließen.
  • Zum Trennen der Akkumulatoren 16 von dem Plusanschluss 12 und dem Minusanschluss 13 werden zunächst im Schritt i) beide Transistoren 17, 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass der zweite Transistor 18 und die in Sperrrichtung geschaltete zweite Diode 20 den Strompfad durch den Halbleiterschalter 23 sperren und lediglich der Strompfad durch den Vorladewiderstand 21 verbleibt. Dann werden im Schritt h) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geöffnet.
  • In der 3 ist ein Speichersystem 10 in einer dritten Ausführungsform dargestellt. Diese dritte Ausführungsform ähnelt der zweiten Ausführungsform, sodass im Folgenden lediglich die Unterschiede ausführlicher beschrieben werden.
  • Bei dieser dritten Ausführungsform weist das Speichersystem 10 drei Akkumulatoren 16.1, 16.2, 16.3 auf, die zwischen den beiden Transistoren 17, 18 angeordnet sind. Folglich ist die Anzahl der Akkumulatoren 16 ungerade und liegt der mittlere Akkumulator 16.2 zwischen den beiden Transistoren 17, 18.
  • Bei dieser dritten Ausführungsform sind die beiden Transistoren 17, 18 gegeneinander vertauscht, sodass nun der erste Transistor 17 näher zum Plusanschluss 12 und der zweite Transistor 18 näher zum Minusanschluss 13 liegt, aber immer noch gegensinnig zueinander ausgerichtet. Hier ist also beispielhaft der Drain-Anschluss des ersten Transistors 17 mit dem Pluspol des ersten Akkumulators 16.1 verbunden, der Source-Anschluss des ersten Transistors 17 mit dem zweiten Hauptstromkontakt des ersten Schützes 14, der Drain-Anschluss des zweiten Transistors 18 mit dem Minuspol des dritten Akkumulators 16.3 und der Source-Anschluss des zweiten Transistors 18 mit dem zweiten Hauptstromkontakt des zweiten Schützes 15.
  • Somit weist wie bei der zweiten Ausführungsform die Normalbetriebsrichtung des ersten Transistors 17 zum Plusanschluss 12 und damit in Richtung des Entladestroms IE und die Normalbetriebsrichtung des zweiten Transistors 18 zum Minusanschluss 13 und damit in Richtung des Ladestroms IL. Folglich sind die Transistoren 17, 18 in Reihe mit den Schützen 14, 15 und den Akkumulatoren 16 und zudem derart geschaltet, dass der Entladestrompfad durch den ersten Transistor 17 und der Ladestrompfad durch den zweiten Transistor 18 verläuft.
  • Bei dieser dritten Ausführungsform sind die Gate-Anschlüsse der beiden Transistoren 17, 18 nicht miteinander verbunden, sondern jeweils separat an die Steuereinheit 22 gekoppelt, sodass sie einzeln unabhängig voneinander angesteuert werden können.
  • Bei dieser dritten Ausführungsform wird jede Diode 19, 20 nicht durch eine Body-Diode des jeweiligen als MOSFET ausgebildeten Transistors 17, 18 gebildet, da bei dem entsprechenden MOSFET der Source-Anschluss nicht mit dem Bulk-Anschluss verbunden ist, sondern durch eine Schottky-Diode.
  • Bei dem in der Steuereinheit 22 implementierten Verfahren zum Entladen wird zum Vorladen zunächst im Schritt e) der erste Transistor 17 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass er und die in Sperrrichtung geschaltete erste Diode 19 den Strompfad durch den Halbleiterschalter 23 sperren. Dann werden im Schritt f) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geschlossen. Nun kann der Vorladestrom IV im Speichersystem 10 vom zweiten Schütz 15 durch die in Durchlassrichtung geschaltete zweite Diode 20, die Akkumulatoren 16.3, 16.2, 16.1 und den Vorladewiderstand 21 am ersten Transistor 17 vorbei zum ersten Schütz 14 fließen.
  • Zum nachfolgenden Entladen wird im Schritt b) der erste Transistor 17 durch ein entsprechendes Steuersignal geschlossen, sodass er leitet und den Vorladewiderstand 21 überbrückt. Folglich kann der Entladestrom IE im Speichersystem 10 vom zweiten Schütz 15 durch die in Durchlassrichtung geschaltete zweite Diode 20, die Akkumulatoren 16.3, 16.2, 16.1 und den nun in Normalbetriebsrichtung geschalteten ersten Transistor 17 am Vorladewiderstand 21 vorbei zum ersten Schütz 14 fließen.
  • Zum Trennen der Akkumulatoren 16 von dem Plusanschluss 12 und dem Minusanschluss 13 wird zunächst im Schritt c) der erste Transistor 17 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass er und die in Sperrrichtung geschaltete erste Diode 19 den Strompfad durch den Halbleiterschalter 23 sperren und lediglich der Strompfad durch den Vorladewiderstand 21 verbleibt. Dann werden im Schritt d) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geöffnet.
  • Bei dem in der Steuereinheit 22 implementierten Verfahren zum Laden wird zunächst im Schritt g') der zweite Transistor 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass er und die in Sperrrichtung geschaltete zweite Diode 20 den Strompfad durch den Halbleiterschalter 23 sperren. Dann werden im Schritt g) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geschlossen. Dann wird im Schritt h) der zweite Transistor 18 durch, ein entsprechendes Steuersignal geschlossen, sodass er leitet. Folglich kann der Ladestrom IL im Speichersystem 10 vom ersten Schütz 14 durch die in Durchlassrichtung geschaltete erste Diode 19 am Vorladewiderstand 21 vorbei, die Akkumulatoren 16.1, 16.2, 16.3 und den nun in Normalbetriebsrichtung geschalteten zweiten Transistor 18 zum zweiten Schütz 15 fließen.
  • Zum Trennender Akkumulatoren 16 von dem Plusanschluss 12 und dem Minusanschluss 13 wird zunächst im Schritt i) der zweite Transistor 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass er und die in Sperrrichtung geschaltete zweite Diode 20 den Strompfad durch den Halbleiterschalter 23 sperren. Dann werden im Schritt h) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geöffnet. Dies erfolgt wegen des geöffneten zweiten Transistors 18 nicht stromlos.

Claims (1)

  1. Speichersystem (10) für elektrische Energie für ein Elektrofahrzeug, umfassend – einen Plusanschluss (12) und einen Minusanschluss (13); – ein erstes Schütz (14), das mit dem Plusanschluss (12) verbunden ist; – ein zweites Schütz (15), das mit dem Minusanschluss (13) verbunden ist; – wenigstens einen Akkumulator (16.1), der in Reihe zwischen den beiden Schützen (14, 15) geschaltet ist; – einen ersten Transistor (17) und einen zweiten Transistor (18), wobei die Transistoren (17, 18) derart geschaltet sind, dass ein Entladestrompfad durch den ersten Transistor (17) und ein Ladestrompfad durch den zweiten Transistor (18) verläuft, – eine erste Diode (19) und eine zweite Diode (20), wobei die erste Diode (19) gegensinnig zu dem ersten Transistor (17) und die zweite Diode (20) gegensinnig zu dem zweiten Transistor (18) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transistor (17) zwischen dem ersten Schütz (14) und dem wenigstens einen Akkumulator (16.1) und der zweite Transistor (18) zwischen dem wenigstens einen Akkumulator (16.1) und dem zweiten Schütz (15) liegt, der wenigstens eine Akkumulator (16.1) zwischen den beiden Transistoren (17, 18) angeordnet ist, ein Vorladewiderstand (21) parallel zum ersten Transistor (17) geschaltet ist und Gate-Anschlüsse der beiden Transistoren (17, 18) jeweils separat an eine Steuereinheit (22) gekoppelt sind, sodass sie einzeln unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
DE102011118716.6A 2011-11-16 2011-11-16 Speichersystem für elektrische Energie Active DE102011118716B4 (de)

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DE102011118716.6A DE102011118716B4 (de) 2011-11-16 2011-11-16 Speichersystem für elektrische Energie

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