JP5627686B2 - アキュムレータブランチの並列回路 - Google Patents

Description

本発明は、アキュムレータの第１アキュムレータブランチと第２アキュムレータブランチとを接続するための回路と、中間回路コンデンサを流れる電気エネルギを収容及び放出するためのアキュムレータと、アキュムレータからの電気エネルギを自動車内の電気負荷に供給するための車両電気系とに関する。

これから先、例えば風力発電設備のような定置的な適用でも、例えばハイブリッド自動車又は電気自動車のような車両でも新たなアキュムレータシステムが使用されることが増えていくという徴候が現れている。この新たなアキュムレータシステムにはそのシステムの信頼性に関する非常に高い要求が設定される。この高い要求の背景は、アキュムレータの故障がシステム全体の故障につながってしまうということがある。例えば、電気自動車の場合には、トラクションバッテリの故障はいわゆる「車のエンコ」につながる。これは、安全上の重大な問題さえも抱えてしまうことにつながる。例えば、風力発電設備の場合にアキュムレータが使用される。というのは、強風の場合に、回転翼を調節することによって許容されない動作状態から風力発電設備を保護するためである。

高エネルギ及び高出力を供給するために、例えば複数のアキュムレータブランチ６４，６６が相互に並列接続される。このようなアキュムレータ４０の原理回路図が図２に示されている。

アキュムレータ４０を、例えば車両電気系のような電気負荷から切り離し可能とするために、典型的にゲート４２，４４のような２つの回路遮断器が設けられている。しかしながら、２つのゲート４２，４４が接続されると、大電流４６が中間回路コンデンサ４８を流れるので、まずいわゆるプリチャージゲート５０，５２と他のアキュムレータ極に取り付けられているメインゲート５４，５６とが接続される。これらのプリチャージゲート５０，５２は通常はゲート抵抗５８，６０を有する。これによって、まず、中間回路コンデンサ４８には限られた電流４６しか充電されない。中間回路コンデンサ４８の電圧６２が十分に大きくなると直ぐに、メインゲート４２，４４が接続される。従来では、アキュムレータブランチ６４，６６のためのこのような回路６３が互いに独立して用いられる。

しかしながら、メインゲート４２，４４，５４，５６における回路遮断器のコストは非常に高い。また、明らかであるのは、プリチャージゲート５０，５２乃至はメインゲート５４，５６と、他のアキュムレータブランチに属するプリチャージゲート５０，５２との両方を同時に接続した場合には、補償電流がプリチャージゲート５０，５２及びそれに属する抵抗５８，６０を介して２つのアキュムレータブランチ６４，６６の間を流れ、この補償電流はプリチャージ抵抗５８，６０で損失熱に変換されるということである。

発明の開示
それ故に、本発明の課題は、アキュムレータにおける少なくとも２つのアキュムレータブランチ同士を接続するための回路を、コストを抑え且つアキュムレータにおける電気的な損失を低減可能に提供することである。

それ故に、本発明は、アキュムレータの第１アキュムレータブランチと第２アキュムレータブランチとを並列接続するための回路を提供する。このアキュムレータは、アキュムレータブランチを流れる電気エネルギを収容及び放出するために設けられている。アキュムレータブランチのいずれも、電気エネルギを収容及び放出するためのプラス極及びマイナス極を有している。本発明によれば、前記回路は少なくとも１つの第１スイッチを有しており、この第１スイッチは、２つのアキュムレータブランチの同じ極性の２つの極を切り離す及び接続させるために設けられている。この本発明の回路によって、個々のアキュムレータブランチ同士が並列接続され、これらのアキュムレータブランチを従来のただ１つの保護装置を介して中間回路コンデンサ又は他の電気負荷に全体として接続することができる。この決定的な利点は、この場合全てのアキュムレータブランチをただ１つの保護装置によって同時に、電気負荷から切り離し、且つこの電気負荷に接続することができることである。これによって、個々のアキュムレータブランチの間で補償電流が生じる可能性はなくなる。したがって、アキュムレータブランチが本発明の回路に接続されたアキュムレータにおける電気的な損失は低減される。その他に、個別のアキュムレータブランチのプラス極又はマイナス極は、互いに並列接続されている間、等しい電位になる。そのために、スイッチを流れる大電流を見込まなくともよくなる。このことは、本発明の回路でのスイッチを、このスイッチが大電流に対して耐性がなくとも、低コストで選択することを可能にする。

従属請求項には本発明の有利な発展形態が示されている。

本発明の１つの代替的な形態によれば、本発明の回路は、アキュムレータブランチの残りの同じ極性の極を切り離す及び接続させるための第２スイッチを有していてもよい。

本発明の１つの発展形態によれば、この回路は第１スイッチと第２スイッチとを同時に接続するために設けられていてもよい。

本発明の１つの代替的又は付加的な発展形態によれば、回路は、第１アキュムレータブランチ及び第２アキュムレータブランチのプラス極とマイナス極との間の充電補償（Ladungsausgleich）のための双方向のスイッチングコンバータを有していてもよい。このスイッチングコンバータは、個々のアキュムレータブランチを互いに切り離された状態において等しい電圧レベルに保つことができる。これによって、本発明の回路を介した個々のアキュムレータブランチの接続も殆ど電圧差のない状態で行うことができる。

有利な１つの形態によれば、双方向のスイッチングコンバータは双方向のフライバックコンバータであってもよい。

本発明は、入力キャパシタを有する電気負荷を流れる電気エネルギを収容及び放出するためのアキュムレータも提供する。このアキュムレータは、第１アキュムレータブランチ及び第２アキュムレータブランチを有している。アキュムレータブランチのいずれも、電気エネルギを収容及び放出するためのそれぞれ１つのプラス極及びマイナス極を有している。これらの２つのアキュムレータブランチは本発明の回路を介して互いに並列接続されている。

本発明の１つの発展形態によれば、アキュムレータは、並列接続されたアキュムレータブランチと電気負荷との間に、この電気負荷への電気接続を切り離すための保護回路装置を有していてもよい。この保護回路装置は、アキュムレータを電気的に負荷から切り離し、静止電流を低減するのを可能にする。

１つの特別な形態によれば、保護回路装置は、電気負荷への充電電流を制限するためのプリチャージ装置を有していてもよい。これによって、短絡及びそれに伴う電気負荷を流れる大電流が回避される。

本発明の１つの発展形態によれば、アキュムレータは、電気負荷への電気接続を切り離す際に、まず保護回路装置を開き、続いて前記回路内の第１スイッチを少なくとも開くために設けられていてもよい。このようにして保証されるのは、個々のアキュムレータブランチが並列接続を開く際に共通の電圧レベルになることである。これによって、並列接続の開路を電圧差のない状態で行うことができる。

本発明は、本発明によるアキュムレータからの電気エネルギを自動車内の電気負荷に供給するための車両電気系も提供する。

本発明は、中間回路コンデンサに少なくとも２つのアキュムレータブランチを接続するための方法も提供する。この場合まず、中間回路コンデンサは第１アキュムレータブランチ及び充電回路を介して充電される。その後、第２アキュムレータブランチ（８）は第１アキュムレータブランチ（６）に並列接続される。

１つの有利な形態によれば、充電回路は２つのアキュムレータブランチを並列接続した後にバイパスされてもよい。このようにして、これら２つのアキュムレータブランチの接続のために充電回路を考慮することができる。

代替的又は付加的に、前記の並列接続の前にアキュムレータブランチ同士の電圧レベルを平衡にしてもよい。これによって、これら２つのアキュムレータブランチを電圧差のない状態で互いに接続することができる。

次に、本発明の制限を意図しない実施例を添付の図面に関して詳細に説明する。

２つのアキュムレータブランチを有する本発明によるアキュムレータシステムが示されている。 ２つのアキュムレータブランチを有する従来のアキュムレータシステムが示されている。

発明を有利に実施するための形態
次に、本発明の有利な実施形態を図面に関して詳細に説明する。

図１には、本発明の回路４の実施例と共に、アキュムレータ２の原理回路図が示されている。

アキュムレータ２において、第１アキュムレータブランチ６は本発明の回路４を介して第２アキュムレータブランチ８に並列接続されている。さらに、第１アキュムレータブランチ６には、保護回路１０を介して中間回路コンデンサ１２が入力キャパシタを有する電気負荷として並列接続されている。したがって、中間回路コンデンサ１２を介して電流１４をアキュムレータ２によって収容且つ放出することができる。

本発明の回路４は、２つのアキュムレータブランチ６，８の間の並列接続を切り離し且つ接続するために、第１スイッチ１６及び第２スイッチ１８を有している。切り離された状態において２つのアキュムレータブランチ６，８が等しい電圧レベルを有するために、本発明の回路４にはさらに双方向のスイッチングコンバータが双方向のフライバックコンバータ２０の形態で設けられている。このフライバックコンバータ２０は変換変圧器２２並びにトランジスタ２４，２６をスイッチとして有している。２つのトランジスタ２４，２６のエミッタとコレクタとの間に、誘導負荷から保護するためにそれぞれ１つのフライホイールダイオード２８，３０が接続されている。図１のフライバックコンバータ２０は概略的にしか示されていない。さらに例えば、２つのトランジスタ２４，２６を駆動制御するための構成部材も欠けている。しかしながら、双方向のフライバックコンバータ２０の構造は公知であるので、この構造については一目でわかるようにする目的で詳細には記載していない。

保護回路１０は第１回路遮断器３２、第２回路遮断器３４、第３回路遮断器３６及び保護抵抗３８を有している。第１回路遮断器３２及び第２回路遮断器３４を介して、並列接続されたアキュムレータブランチ６，８を中間回路コンデンサ１２に接続することができる。しかしながら、完全に放電された状態において中間回路コンデンサ１２はアキュムレータ２に対して非常に低い抵抗しか示さないので、中間回路コンデンサ１２は最初に第２回路遮断器３４を介して充電されるのではなく、第３回路遮断器３６及び保護抵抗３８を介して充電される。これによって、中間回路コンデンサ１２への電流は制限され、アキュムレータ２のアキュムレータブランチ６，８は不適切には負荷されない。

アキュムレータブランチ６，８の接続は、種々のやり方で行うことができる。例えば、２つのアキュムレータブランチ６，８はまず互いに並列接続することができる。並列回路全体は既に述べたように、保護回路１０を介して中間回路コンデンサ１２に接続することができる。しかしながら有利には、まず第１アキュムレータブランチ６は保護回路１０を介して中間回路コンデンサ１２に接続される。中間回路コンデンサ１２が完全に充電されると、第２アキュムレータブランチ８はスイッチ１６，１８を閉じることによって第１アキュムレータブランチ６に接続される。

双方向のフライバックコンバータ２０によって、２つのアキュムレータブランチ６，８は等しい電圧レベルに保たれる。これによって、中間回路コンデンサ１２への共通の保護回路１０を介した２つのアキュムレータブランチ６，８の接続を改善することができる。まず、第１アキュムレータブランチ６が共通の保護回路１０を介して中間回路コンデンサ１２に接続されると、双方向のフライバックコンバータ２０は切り離された状態においても２つのアキュムレータブランチ６，８を等しい電圧レベルに保ち、これによって、ここで、２つのアキュムレータブランチは互いに電圧差のない状態となり、第２アキュムレータブランチ８を接続する際の特別な保護回路を省くことができる。

電圧変換器２０を接続の際に省いてもよい。例えば、並列のアキュムレータブランチ６，８の全てが中間回路コンデンサ１２に接続されるまでは、第３回路遮断器３６が閉じられ且つ第２回路遮断器３４が開かれているようにしてもよい。

２つのアキュムレータブランチ６，８を中間回路コンデンサ１２から切り離すために、本発明の回路４内の２つのスイッチ１６，１８を開く前に、まず、保護回路１０内の第１回路遮断器３２及び第２回路遮断器３４が開かれる。切り離し続いて再び接続する際の等しい電圧レベルによって、２つのアキュムレータブランチ６，８の間で殆ど損失電流が生じない。

本発明によれば、中間回路コンデンサのような負荷としての、入力キャパシタを有する電気負荷からアキュムレータを殆ど損失なく切り離すために、互いに並列接続された２つのアキュムレータブランチの等しい電圧レベルが用いられる。この等しい電圧レベルは、アキュムレータブランチ同士を互いに切り離すために低コストのスイッチを用いることも可能にする。というのは、これらのスイッチは大電流にさらされないからである。

上述した開示内容に加えて、図面における開示内容も十分に参照されたい。

Claims (11)

1. アキュムレータ（２）の第１アキュムレータブランチ（６）と第２アキュムレータブランチ（８）とを並列接続するための回路（４）であって、
   前記アキュムレータ（２）は前記両アキュムレータブランチ（６，８）を介して、入力キャパシタを有する電気負荷（１２）を流れる電気エネルギ（１４）を収容及び放出するために設けられており、
   前記両アキュムレータブランチ（６，８）のいずれも、電気エネルギ（１４）を収容及び放出するためのプラス極及びマイナス極を有している回路（４）において、
   前記回路（４）は少なくとも１つの第１スイッチ（１６）および第２スイッチ（１８）を有しており、
   前記第１スイッチ（１６）は、前記第１アキュムレータブランチ（６）と前記第２アキュムレータブランチ（８）とをプラス極側で切り離す及び接続させるために設けられており、
   前記第２スイッチ（１８）は、前記第１アキュムレータブランチ（６）と前記第２アキュムレータブランチ（８）とをマイナス極側で切り離す及び接続させるために設けられており、
   前記アキュムレータ（２）は、前記電気負荷（１２）への電気接続を切り離す際に、まず、前記並列接続された両アキュムレータブランチ（６，８）と前記電気負荷（１２）との間の保護回路装置（１０）を開き、続いて、少なくとも前記回路（４）内の前記第１スイッチ（１６）を開くために設けられている、
   ことを特徴とする回路（４）。
2. 前記回路（４）は、前記第１スイッチ（１６）と前記第２スイッチ（１８）とを同時に接続するために設けられている、
   請求項１記載の回路（４）。
3. 双方向のスイッチングコンバータ（２０）を有しており、
   前記双方向のスイッチングコンバータ（２０）は、前記第１アキュムレータブランチ（６）及び前記第２アキュムレータブランチ（８）のプラス極とマイナス極との間の充電補償のために設けられている、
   請求項１又は２記載の回路（４）。
4. 前記双方向のスイッチングコンバータ（２０）は、双方向のフライバックコンバータである、
   請求項３記載の回路（４）。
5. 入力キャパシタを有する電気負荷（１２）を流れる電気エネルギ（１４）を収容及び放出するためのアキュムレータ（２）であって、
   前記アキュムレータ（２）は、電気エネルギ（１４）を収容及び放出するためのそれぞれ１つのプラス極及びマイナス極を有する第１アキュムレータブランチ（６）及び第２アキュムレータブランチ（８）を有しており、
   前記２つのアキュムレータブランチ（６，８）は、請求項１から４のいずれか１項記載の回路（４）を介して互いに並列接続されている、
   ことを特徴とするアキュムレータ（２）。
6. 前記並列接続された両アキュムレータブランチ（６，８）と電気負荷（１２）との間に保護回路装置（１０）を有しており、
   前記保護回路装置（１０）は前記電気負荷（１２）への電気接続を切り離すために設けられている、
   請求項５記載のアキュムレータ（２）。
7. 前記保護回路装置（１０）は、前記電気負荷（１２）への充電電流（１４）を制限するためのプリチャージ装置（３６，３８）を有する、
   請求項６記載のアキュムレータ（２）。
8. 請求項５から７のいずれか１項記載のアキュムレータ（２）からの電気エネルギ（１４）を自動車内の電気負荷に供給するための車両電気系。
9. アキュムレータ（２）の第１アキュムレータブランチ（６）と第２アキュムレータブランチ（８）とを並列接続するための回路（４）を用いて、中間回路コンデンサ（１２）に前記第１アキュムレータブランチ（６）と第２アキュムレータブランチ（８）とを接続するための方法であって、
   前記第１アキュムレータブランチ（６）及び充電回路（３６，３８）を介して前記中間回路コンデンサ（１２）を充電するステップと、
   前記第１アキュムレータブランチ（６）に第２アキュムレータブランチ（８）を並列接続するステップと、
   を有し、
   前記アキュムレータ（２）は前記両アキュムレータブランチ（６，８）を介して、入力キャパシタを有する前記中間回路コンデンサ（１２）を流れる電気エネルギ（１４）を収容及び放出するために設けられており、
   前記両アキュムレータブランチ（６，８）のいずれも、前記回路（４）において、電気エネルギ（１４）を収容及び放出するためのプラス極及びマイナス極を有しており、
   前記回路（４）は少なくとも１つの第１スイッチ（１６）および第２スイッチ（１８）を有しており、
   前記第１スイッチ（１６）は、前記第１アキュムレータブランチ（６）と前記第２アキュムレータブランチ（８）とをプラス極側で切り離す及び接続させるために設けられており、
   前記第２スイッチ（１８）は、前記第１アキュムレータブランチ（６）と前記第２アキュムレータブランチ（８）とをマイナス極側で切り離す及び接続させるために設けられており、
   前記アキュムレータ（２）は、前記中間回路コンデンサ（１２）への電気接続を切り離す際に、まず、前記並列接続された両アキュムレータブランチ（６，８）と前記中間回路コンデンサ（１２）との間の保護回路装置（１０）を開き、続いて、少なくとも前記回路（４）内の前記第１スイッチ（１６）を開くために設けられている、
   ことを特徴とする方法。
10. 前記方法はさらに、前記２つのアキュムレータブランチ（６，８）を並列接続した後に前記充電回路（３６，３８）をバイパスするステップを有する、
    請求項９記載の方法。
11. 前記方法はさらに、前記の並列接続の前に前記両アキュムレータブランチ（６，８）同士の電圧レベルを等しくするステップを有する、
    請求項９又は１０記載の方法。

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