CN105873794A - 电化学存储复合体 - Google Patents

Abstract

建议电化学存储复合体和包括这样的电化学存储复合体的电路。所述电化学存储复合体和电路两者包括电化学存储模块（10）的并联的支路（ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6），其中所述存储模块（10）具有第一端子接线柱并且分别具有电路，其中所述存储复合体借助于所述电路被设立用于可选地将电化学存储复合体之内的支路（ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6）作为电流源或者电压源运行。

Description

电化学存储复合体

技术领域

本发明涉及包括多个电化学存储模块的电化学存储复合体。本发明尤其涉及电化学存储复合体，所述电化学存储复合体被设立用于在不出现不相同的负荷状态或者不期望的平衡电流的情况下运行存储模块的多个并联的支路。

背景技术

在现有技术中，具有作为耦合单元的简单的半桥或者全桥的电化学存储模块是已知的。借助于这样的模块，相应的模块的端电压可以在一定的界限内被调整。而电流调节利用这样的单元是不可能的。在现有技术中此外称作UniBB（通用降压升压（Universelle Buck-Boost））模块的存储模块是已知的，所述存储模块由一个或多个蓄电池与耦合单元共同组成，其中所述耦合单元也包含感抗。所述模块可以不仅被用作电压源而且被用作电流源。因为这样的模块针对60V以下的电压设计，所以尤其对于具有相当大的功率要求的应用（例如汽车工业的车辆），多个模块必须被串联，以便在可控的电流的情况下实现可用的功率。附加地，可能必要的是：将所述串联的支路彼此并联用于进一步提高可用的电流。然而，在按照现有技术的正常情况下，支路的并联由于通常不相同的负荷状态而导致支路之间的不期望的平衡电流。对UniBB模块的可能的构造下面进一步结合图4更精确地予以探讨。

发明内容

本发明的任务是提供电化学蓄能器，所述电化学蓄能器以模块化方式被构建，并且消除现有技术的缺点。

按照本发明通过电化学存储复合体解决上面提及的任务，所述电化学存储复合体包括电化学存储模块的并联的支路。在此，电化学存储模块可以包括一个电化学存储电池或多个电化学存储电池以及处理单元。借助于所述处理单元，存储模块被设立用于将存储在所述一个电化学电池或多个电化学电池中的电能以电压源和/或电流源的特性提供给存储模块的输出侧接线柱。对此，存储模块具有第一端子接线柱以及分别具有电路，其中所述电化学存储复合体（尤其借助于电路）被设立用于将电化学存储复合体之内的支路可选地作为电流源或者电压源运行。对此，电化学存储复合体可以进一步具有（置于存储模块之上的）处理单元，借助于所述处理单元可以将控制指令发送给各个存储模块，并且因此可以单独地调整其能量输出特性。通过可选地作为电流源或者作为电压源操控可以防止：没有不期望的平衡电流在并联的支路之间流动。此外，支路之间的不相同的负荷状态的负荷平衡可以有针对性地被控制。

从属权利要求示出本发明的优选的改进方案。

优选地，电化学存储复合体被设立用于分别将串联的存储模块的第一支路作为电压源运行，并且将在电化学存储模块的第二支路作为电流源运行。通过将第二支路作为电流源运行，通过第二支路的与所调整的电流无关的电流流动是不可能的。因此避免不期望的平衡电流。

可替代地或者附加地，电化学存储复合体可以被设立用于除了第一支路外，将存储模块的所有支路作为电流源或者在截止模式中运行。换句话说，第一支路继续地被接为电压源，而所有剩余的支路要么具有电流源的特性，要么截止（也即中断）。以这种方式，在整个电化学存储复合体中没有不期望的平衡电流能够流动。不相同的负荷状态此外可以有针对性地被避免或者平衡。

进一步优选地，电化学存储复合体被设立用于将所观察的支路的第一存储模块作为电流源运行，并且将相同支路的另一存储模块作为电压源或者在旁路模式中运行。因为可以进行精确的电压控制，所以以这种方式可以防止在支路之间的平衡电流。作为电压源起作用的存储模块尤其可以作为未经调节的电压源工作。存储模块中的多少存储模块作为电压源起作用依赖于所要求的总电压的高度，所述总电压可以由支路或者电化学存储复合体提供。在此，控制以以下方式进行，即所述方式对于支路的每个可能的充电状态使相同的电压电平（Spannungslage）稳定。以这种方式，相同支路的所有存储模块以任意的组合作为电压源或者在旁路模式中被运行。对此，可以为在电流源模式中工作的存储模块选择降压模式以及升压模式。这与支路中的电池的充电状态有关。以这种方式保证，没有平衡电流在并联的支路之间流动。根据模块的操控，作为并联的支路的直流或者交变电流源的运行是可能的，其中所述所述支路同步地被控制，以便具有相同的电压，使得电流可以相加。

优选地，存储复合体的支路中的每一个均具有接触器，相应的支路通过所述接触器被设立用于被集成到存储复合体中或者与存储复合体电分离。只要存储模块中的一个识别到故障并且用信号通知支路中的接触器的关断，那么接触器的操控可以通过支路的存储模块自身进行。可替代地或者附加地，相应的接触器也可以通过置于支路之上的处理单元来操控。这能够实现与由电化学存储复合体要提供的电流的灵活匹配和有故障的支路的关断。

优选地，存储模块被实施为UniBB模块。UniBB模块当在UniBB模块之内使用同一个电化学蓄能器的情况下能够实现端功率（Klemmenleistung）的大量不同的特性。所述UniBB模块的电构造是成本低的，操控是简单的并且所述UniBB模块的长寿导致高品质的电化学存储复合体。此外，尤其是当全部存储模块被实施为UniBB模块时，给定电化学存储复合体的模块化的可扩展性。

按照本发明的第二方面，建议包括电消耗器和第一存储复合体以及第二存储复合体的电路。两个存储复合体可以被实施为如上面详细描述的电化学存储复合体。按照本发明，消耗器以电的方式被布置在第一存储复合体和第二存储复合体之间。换句话说，消耗器的第一端子连接到第一存储复合体的第一输出端上，并且消耗器的第二端子连接到第二存储复合体的第一端子上。第一和第二存储复合体的相应的第二端子例如可以与电接地连接。附加地，消耗器可以通过开关被跨接。附加地，第二开关和第三开关可以设置在消耗器和电化学存储复合体的第一端子之间，以便将消耗器与电化学存储复合体分离。

附图说明

以下参考附图详细地描述本发明的实施例。在附图中：

图1是包括串联的存储模块的单个支路的电路的示意图；

图2是按照本发明的一个实施例的电路；

图3是按照本发明的第二实施例的电路；和

图4是UniBB模块形式的存储模块的实施例的示意性构造。

具体实施方式

图1示出作为存储模块的UniBB模块10的串联电路的示意性构造的电路图。存储模块用M1、M2和Mn表示。当然，多个存储模块可以被添加以便提高支路电压。包括充电设备L和第一开关SL的分支以及包括消耗器Z和第二接触器S1的另一分支与UniBB模块10的支路ST并联地设置。UniBB模块10以电的方式同向地定向。在此，UniBB模块10的相应的负极在支路ST的电接地的方向上定向，而正极指向两个剩余的支路的方向。(未示出的)处理单元被设立用于将模块M1、M2、Mn可选地作为在降压或升压模式中的电压源、降压或升压模式中的电流源置于旁路充电模式或者截止模式中。在此，处理单元可以布置在所示的存储复合体之内或者该存储复合体之外。

图2示出按照本发明的一个实施例的电路的示意性电路图，所述电路具有分别三个示范性示出的UniBB模块10（用M1-1至M3-n表示）的三个并联的支路ST1、ST2、ST3。箭头P1表明，示出的支路ST1、ST2、ST3可以通过附加支路的其它并联电路扩展，并且因此所示出的电路的额定电流可以相应地被提高。支路ST1、ST2、ST3具有相应的接触器S1、S2、S3，所述支路借助于所述接触器连接到充电设备L和电消耗器Z之间的汇流排上。第一接触器SL被布置在充电设备L和汇流排之间，而第二接触器Sv被布置在汇流排和电消耗器Z之间。如果所有的接触器S1、S2、S3闭合，那么三个支路的电流可以在模块的适当的控制方法情况下相加。接触器S1、S2、S3可以仅仅在功能上被理解，并且也可以通过支路ST1、ST2、ST3的存储模块10之内的截止模式实现。在截止模式中，在有关的存储模块10之内的所有开关（也为“半导体阀”）接成非导通的。从而原则上是：一个支路必须作为电压源起作用并且所有其它支路必须作为电流源起作用，以便能够实现并联电路。如果负载是电压源或者例如是电容性负载，那么所有的支路也可以作为电流源被运行。于是在电容性负载的情况下，电流这样地被调节，使得在电容处出现期望的电压。所有的支路可以通过充电设备L并行地被充电。对此，接触器S1、S2、S3、SL闭合或者仅要充电的支路的接触器闭合。充电方法按情况地区别。如果仅一个支路被充电，那么充电方法可以有这样的结果，就好像在电路中包含串联的UniBB模块10的仅一个支路。如果所有的支路应当并行地被充电，那么充电设备L必须作为电压源起作用，并且在支路ST1、ST2、ST3之内发生电流控制。这在应当没有平衡电流在支路之间流动的前提下实现。为了完整性起见应提及：所示出的装置对于其它类型（例如具有电容器或者极性交换的模块，如在现有技术中已知的）的支路的并联电路也可以被使用，并且相应的运行方法可以以类似的方法被执行。对于所述运行方法表示特征的是，每支路分别一个模块作为电流源被运行，而模块的剩余部分在电压源模式中工作或者（按照瞬时的电压要求）停留在旁路模式中。

图3示出按照本发明的电路的另一实施方式。在此情况下，在电消耗器Z的每一侧上示出并联的支路ST1、ST2、ST3或者ST4、ST5、ST6，所述并联的支路可以根据箭头P1、P2任意地通过附加的支路扩展。支路ST1、ST2、ST3或者ST4、ST5、ST6的UniBB模块10用M1-1至M6-n逐一编号。所述UniBB模块的负极在相应的支路接地的方向上定向，而所述UniBB模块的正极在相应的共同的汇流排的方向上定向，所述正极通过相应的支路接触器S1、S2、S3或者S4、S5、S6连接到所述汇流排上。消耗器接触器Sv1被接在前三个支路S1、S2、S3和电消耗器Z之间。第二消耗器连接器Sv2被接在电消耗器Z和支路S4、S5、S6之间。将在消耗器Z两侧的汇流排通过另一接触器SL2彼此电连接。充电设备L与第一支路ST1并联地通过充电设备接触器SL1连接到汇流排上。用于在放电模式中的示出的电路的控制方法规定，要么支路ST1、ST2、ST3要么支路ST4、ST5、ST6处于旁路模式中。因此，可以为电消耗器Z提供不仅正电压而且负电压以及电流。这里也对于运行性能表示特征的是，每支路分别一个模块在电流源模式中工作，而相同支路的模块的剩余部分在电压源模式中工作，或者（按照瞬时电压要求）处于旁路模式中。这里，根据在图2中示出的装置也适用的是，一侧的所有支路（也即支路ST1、ST2、ST3或者支路ST4、ST5、ST6）可以并行地被充电，其方式是接触器SL1、S1、S2、S3或者S4、S5、S6结合SL2被闭合。当然，支路S1、S2、S3、S4、S5、S6也可以单独地被充电，其方式是相应的支路接触器S1、S2、S3、S4、S5、S6结合充电接触器SL1或者附加的接触器SL2被闭合。如果所有的支路应当并行地被充电，那么充电设备L必须作为电压源起作用。在该情况下，电流源也在支路ST1、ST2、ST3或者ST4、ST5、ST6中发生。这也在应当没有平衡电流在各个支路ST1、ST2、ST3或者ST4、ST5、ST6之间流动的前提下实现。

图4示出UniBB模块10的实施例的电路图。UniBB模块10通过第一端子11和第二端子12被设立用于与其它UniBB模块10被联接成支路。优选地构成为MOSFET或者IGBT的四个半导体开关T1、T2、T3、T4与所属的空转二极管D1、D2、D3、D4一起被布置在第一端子11和第二端子12之间。半导体开关T1至T4可以与相应的空转二极管D1至D4联合为电双极ZP1至ZP4。在此，第一双极ZP1的第一端子与蓄能器7的正端子连接。第一双极ZP1的第二端子一方面与第四双极ZP4的第一端子连接，并且另一方面通过电感L与第二双极ZP2的第一端子以及第三双极ZP3的第二端子连接。第三双极ZP3的第一端子与UniBB模块10的第一端子11连接。电容C的第一端子也连接到第一端子11上，所述电容C的第二端子与第二双极ZP2的第二端子或者与第四双极ZP4的第二端子连接。第二双极ZP2或者第四双极ZP4的第二端子一方面与UniBB模块10的第二端子12连接，并且另一方面与电蓄能器7的第二端子连接。蓄能器7提供模块电压U_M。示出的UniBB模块10在第一端子11处具有正的极（正极（Pluspol））并且在第二端子12处具有负的极（负极（Minuspol））。为了保持总览未示出用于操控半导体开关T1至T4的控制线路。同样的情况适用于电流传感器。电蓄能器7可以由一个电化学电池或由多个电化学电池或者其它电蓄能器组成，所述电化学电池或者其它电蓄能器在该情况下共同地提供模块电压U_M。根据如何操作半导体开关T1至T4，UniBB模块10可以采用多个不同的运行状态。旁路、降压或者升压模式中的电压源、降压或者升压模式中的电流源、充电电路以及截止装置尤其可以被实现。

即使按照本发明的方面和有利的实施方式根据结合附图阐述的实施例已经详细地被描述，但是所示出的实施例的特征的修改和组合对于技术人员是可能的，而不偏离本发明的范围，其中本发明的保护范围通过所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.电化学存储复合体，其包括

-电化学存储模块（10）的并联的支路（ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6），

-其中所述存储模块（10）具有第一端子接线柱以及分别具有电路，其中所述存储复合体借助于所述电路被设立用于将在电化学存储复合体之内的支路（ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6）可选地作为电流源或者作为电压源运行。

2.按照权利要求1所述的电化学存储复合体，所述电化学存储复合体被设立用于分别将第一支路（ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6）作为电压源运行以及将第二支路（ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6）作为电流源运行。

3.按照权利要求2所述的电化学存储复合体，所述电化学存储复合体被设立用于，除了第一支路（ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6）外，将所有支路（ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6）作为电流源或者在截止模式中运行。

4.按照上述权利要求之一所述的电化学存储复合体，所述电化学存储复合体被设立用于将支路（ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6）的第一存储模块（10）作为电流源运行，并且将相同支路（ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6）的另一存储模块（10）作为电压源或者在旁路模式中运行。

5.按照权利要求4所述的电化学存储复合体，所述电化学存储复合体被设立用于将相同支路（ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6）的所有其它存储模块（10）作为电压源或者在旁路模式中运行。

6.按照上述权利要求之一所述的电化学存储复合体，其中作为电流源的运行通过降压运行或者升压运行实现。

7.按照上述权利要求之一所述的电化学存储复合体，其中所述存储复合体被设立用于尤其同步地将并联的支路（ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6）作为交变电流源运行。

8.按照上述权利要求之一所述的电化学存储复合体，其中每个支路（ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6）包括接触器（S1、S2、S3、S4、S5、S6），所述支路（ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6）通过所述接触器（S1、S2、S3、S4、S5、S6）被设立用于被集成到存储复合体中或者与存储复合体分离。

9.按照上述权利要求之一所述的电化学存储复合体，其中所述存储模块（10）是UniBB模块。

10.电路，其包括：

-消耗器（Z）和

-按照上述权利要求之一所述的第一存储复合体（ST1、ST2、ST3）和第二存储复合体（ST4、ST5、ST6），

-其中所述消耗器（Z）以电的方式被布置在第一存储复合体（ST1、ST2、ST3）和第二存储复合体（ST4、ST5、ST6）之间。