專利名稱：用于對串聯(lián)連接的蓄能器進(jìn)行電荷補償?shù)难b置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對串聯(lián)連接的蓄能器、尤其是諸如應(yīng)用在汽車車輛電氣系統(tǒng)中的雙層電容器的串聯(lián)連接的電容器(電池)進(jìn)行電荷補償?shù)难b置和方法。
例如在通過作為電動機(jī)工作的集成的起動發(fā)電機(jī)對內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行加速輔助(助推(Boosten))時或者在通過作為發(fā)電機(jī)工作的集成的起動發(fā)電機(jī)在再生制動過程(回收(Rekuperation))中將運動能轉(zhuǎn)換成電能時，雙層電容器已證明為用于在汽車車輛電氣系統(tǒng)中存儲和提供短期高功率的最有意義的技術(shù)解決方案。
雙層電容器的單個電池的最大電壓被限制到大約2.5V至3.0V，以致對于例如60V(在42V車輛電氣系統(tǒng)中所應(yīng)用的雙層電容器的典型電壓值)的電壓必須將大約20至25個單個電容器串聯(lián)連接成電容器堆。
由于單個電池的不同的自放電，隨著時間的推移，在電容器堆中形成電荷不平衡，如果不進(jìn)行電荷補償，則該電荷不平衡最終使雙層電容器不能用。
如果以周直至月的時間間隔外推放電曲線，這些時間間隔在汽車中是重要的，則現(xiàn)有的問題變得明顯。

圖1示例性地示出具有18個電池(電容器)的雙層電容器(電容器堆)的電容器電壓隨時間變化的特性曲線分散范圍(Streubereich)。圖1中所示的(最大值與最小值之間的)特性曲線分散范圍表明，在電容器堆內(nèi)的單個電池的自放電如何大地隨著時間波動。
可是，在雙層電容器中，如在鉛酸蓄電池中那樣的例如通過電容器堆的微小的過載而進(jìn)行簡單的電荷補償是不可能的。
公司內(nèi)部公知的可能性在于，借助獨立的電子設(shè)備(運算放大器和分壓器R1/R2)來監(jiān)控每個單個電池的電壓，并且在達(dá)到或者超過預(yù)給定的最大值Uref時借助可接通的并聯(lián)電阻Rbyp造成部分放電(圖2)。接著，電池通過并聯(lián)電阻Rbyp放電，并且其電壓UC又降到最大值之下。
如果最大值低了預(yù)定的電壓值，則并聯(lián)電阻Rbyp又被斷開。
這種電路在無源狀態(tài)下消耗少量能量，可是通過電荷衰減(并聯(lián)電阻Rbyp中的能量損耗)來實現(xiàn)電荷補償。約在備用供電設(shè)備進(jìn)行供電時，在電容器堆主要在最大電壓附近工作的地方有意義地采用該變型。
可是，該概念限于，進(jìn)入電容器堆中的充電電流必須小于電荷補償電路的放電電流，因為否則盡管如此在給該模塊充電時仍不能防止單個電容器的過充電。此外，補償系統(tǒng)不能從外部接通，而是僅僅通過超過預(yù)定的電壓閾值來激活。可是，在汽車中運行時，不能在較長的時間之后正好達(dá)到該狀態(tài)。這樣形成的電荷補償長期導(dǎo)致電容器堆中的不對稱。這已經(jīng)通過在試驗汽車中進(jìn)行測量而被證明。
總之，這種電路裝置具有以下缺點-當(dāng)電池已超過最大電壓(例如UC＞2.5V)時，沒有反饋給上級的運行，-無論電池電壓是不是相等并且因而是不是補償了電容器堆，都沒有反饋，-只有當(dāng)超過最大電壓時才激活補償，-在補償過程期間，能量由電阻被轉(zhuǎn)換成熱量，-在直至大約1kA的高電流時，如在上面所述的汽車功能回收(再生制動)時出現(xiàn)的電流，結(jié)束這樣構(gòu)造的電荷補償。
從EP 0 432 639 B2中公知，在多個串聯(lián)連接的蓄電池中，在略微被充電的蓄電池與其余蓄電池組之間造成電荷補償，其方式是，針對蓄電池堆的每個電個蓄電池設(shè)置比較電路和充電電路(該充電電路具有矩形函數(shù)發(fā)生器)以及二極管、變壓器和斷路器。
借助這種作為根據(jù)閉塞變流器原理的回掃轉(zhuǎn)換器(Flyback-Converter)工作的裝置(圖3)，從整個堆中汲取能量并且接著將該能量饋送回放電最多的蓄電池中。
這樣的花費可能對于兩個或者三個蓄電池是完全合理的，對于由二十個或者更多的蓄電池/電容器電池構(gòu)成的堆則明顯花費太高。
可替換地，此處也可以使用其它能源(如附加的電池)，由此電路附加地可以用于緩慢地給電容器堆充電(DE 102 56 704 B3)。
此外，與單個電容器達(dá)到最大電壓無關(guān)地在任何時候都可以執(zhí)行電荷補償?shù)脑撔问?，以致在電容器堆中才完全不會形成有危險的電荷不平衡。
在此僅僅移動電荷。長期沒有從堆中汲取能量或者將能量轉(zhuǎn)換成熱量。這使得該概念對于汽車應(yīng)用是特別吸引人的，因為在汽車較長地停用之后在車輛電氣系統(tǒng)中也必須存在足夠的能量，以便可靠地保障成功的發(fā)動機(jī)起動。
但是，該實施形式的缺點在于，回掃變壓器的次級側(cè)必需非常多個連接端。在具有例如25個單個電池的電容器堆中，如對于42V車輛電氣系統(tǒng)必需的電容器堆那樣，由此得到50個連接端。在技術(shù)實現(xiàn)中，這可能必需特定的線圈體，該線圈體商業(yè)上慣用地不可供使用。此外，堆中的電池數(shù)量的任何改變都需要變壓器的匹配。但是這是能被期望的，因為隨著雙層電容器在技術(shù)上的繼續(xù)發(fā)展而逐代地提高了允許的最大電壓并且在給定的模塊電壓處必需相應(yīng)地較少的單個電容器。
從變壓器到電容器電池的導(dǎo)線也是昂貴的，因為堆中的每個接觸必需獨立連接。在上面的例子中，只要整流二極管被布置在變壓器上，這就得到26條導(dǎo)線；否則是50條導(dǎo)線。此外，這些導(dǎo)線被加載有來自回掃轉(zhuǎn)換器的切換過程的高頻電壓脈沖并且必需分別的EMV去干擾措施。
另一方面是用于運行回掃轉(zhuǎn)換器的方法。在市場上常用的驅(qū)動電路(開關(guān)調(diào)節(jié)器IC)幾乎僅以固定的開關(guān)頻率工作。在時鐘的一相進(jìn)行磁性存儲器(存儲電感和存儲變壓器)的充電，在時鐘的另一相進(jìn)行輸出電路中的放電或能量傳輸。如果除了所連接的電流之外也一起傳輸直流分量(無縫隙的運行)，則這是首先有意義的。一般嘗試避免切換縫隙(即其中磁性存儲元件完全保持放電的時間間隔)，因為接著出現(xiàn)增強的振蕩傾斜并且不是最優(yōu)地使用磁心的存儲特性。振蕩的原因在于諧振電路，該諧振電路由存儲電感和繞組電容組成，以及振蕩的原因在于諧振電路從切換縫隙開始被激勵并且通過無歐姆的負(fù)載被衰減的事實。
可是在本應(yīng)用情況下，無縫隙的運行是不可能的，因為在磁性存儲器連續(xù)再充電時分別在其完全放電之前不能避免磁心材料的飽和。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種具有簡化的結(jié)構(gòu)的裝置，借助該裝置可以微小的技術(shù)花費實現(xiàn)用于在蓄能器的單個串聯(lián)連接的電池之間進(jìn)行電荷補償?shù)淖钥刂七\行。
本發(fā)明的任務(wù)也在于，提供一種用于對單個電池進(jìn)行電荷補償?shù)姆椒?，借助該方法可以對該裝置、單個電池和蓄能器進(jìn)行功能監(jiān)控。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過一種根據(jù)權(quán)利要求1的特征所述的裝置和一種根據(jù)權(quán)利要求12的特征所述的用于運行所述裝置的方法來解決。
在至少兩個串聯(lián)連接的蓄能器中，為補償所存儲的電荷所必需的能量通過交流電壓總線分別被輸送給蓄能器，在該蓄能器上降低最小的電壓。
本發(fā)明的有利的擴(kuò)展方案可由從屬權(quán)利要求得到。
雙層電容器的連接和電勢分離通過變壓器進(jìn)行。
該裝置通過總線系統(tǒng)來簡單地執(zhí)行。通過一條或者兩條總線線路來供應(yīng)單個蓄能器。對于該電路僅必需少量和廉價的部件。這些部件基本上是標(biāo)準(zhǔn)部件。
在任何時候都可以激活補償過程。該激活例如可以通過控制設(shè)備來實現(xiàn)，該控制設(shè)備根據(jù)汽車的工作參數(shù)、特別是內(nèi)燃機(jī)和/或起動發(fā)電機(jī)的工作參數(shù)來確定激活時刻。
通過補償電路可以進(jìn)行電容器堆的再充電。以這種方式，空的蓄能器的串聯(lián)電路可以由其它蓄能器再度被充電并且因此例如使較長時間停車的汽車又能起動。
整個系統(tǒng)能夠簡單地被擴(kuò)展并且由此容易縮放。
該電路裝置特別適于集成在串聯(lián)連接的蓄能器的堆中和/或集成在單個電池或者整個蓄能器的外殼中。
此處，尤其是也稱為超級電容器(Super-Caps或者Ultra-Caps)的雙層電容器適于作為蓄能器。
以下參照示意性附圖更詳細(xì)地闡述根據(jù)本發(fā)明的實施例。其中圖1示出了雙層電容器的不同的電池的電容器電壓隨時間變化的曲線，圖2示出了公知的用于在蓄能器中實現(xiàn)電荷補償?shù)碾娐费b置，圖3示出了另一公知的用于在蓄能器中實現(xiàn)電荷補償?shù)碾娐费b置，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的電荷補償電路的方框電路圖，圖5示出了電荷補償電路的第一實施例，
圖6示出了電荷補償電路的第二實施例，以及圖7示出了電荷補償電路的第三實施例。
已經(jīng)在上面闡述了圖1至3。
在圖4中示出根據(jù)本發(fā)明的用于對蓄能器進(jìn)行電荷補償?shù)脑黼娐返姆娇螂娐穲D。通過第一轉(zhuǎn)換器(DC/DC轉(zhuǎn)換器1)產(chǎn)生直流電壓。該直流電壓通過第二轉(zhuǎn)換器(DC/AC轉(zhuǎn)換器2)以例如50kHz的脈沖頻率被逆變，并且給AC總線4加載該交流電壓。此處，導(dǎo)線(電纜、銅母線等)的系統(tǒng)被稱為總線。
分別通過耦合變壓器Tr和整流器3將雙層電容器DLC的串聯(lián)連接的電池Z1至Zn連接到總線4上。耦合變壓器被用于進(jìn)行電勢分離和能量傳輸。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的用于對蓄能器(電池)進(jìn)行電荷補償?shù)碾娐费b置的第一實施例。在雙層電容器DLC的單個電池Z1至Zn的串聯(lián)電路上降低的電壓UDLC通過第一開關(guān)S1被輸送給DC/DC轉(zhuǎn)換器1，例如被輸送給電流調(diào)節(jié)的降壓變換器。通過第二開關(guān)2可附加地或者可替換地將能源(例如蓄電池B)與DC/DC轉(zhuǎn)換器1相連接。
DC/DC轉(zhuǎn)換器1與DC/AC轉(zhuǎn)換器2電連接，該DC/AC轉(zhuǎn)換器2具有中間電路電容器CZ和帶有兩個半橋的全橋電路，這兩個半橋由第一和第二晶體管T1-T2或第三和第四晶體管T3-T4組成，這些晶體管的輸出端(即晶體管T1-T2或T3-T4的連接點)各與總線線路4.1、4.2相連接。每條總線線路通過被分配給其的半橋來供應(yīng)能量。
給每個電池Z1至Zna)分配耦合變壓器Tr1至Trn，這些耦合變壓器Tr1至Trn的初級繞組位于這兩條總線線路4.1與4.2之間，以及b)分配整流電路3，該整流電路3位于所分配的耦合變壓器的次級繞組與電池本身之間。
示例性地對于電池Zx(x＝1至n)，這意味著耦合變壓器Trx的次級繞組的第一連接端通過朝著電池Zx進(jìn)行電流傳導(dǎo)的二極管Dxa與電池Zx的正連接端相連并且通過離開電池進(jìn)行電流傳導(dǎo)的二極管Dxb與電池Zx的負(fù)連接端相連，以及耦合變壓器Trx的次級繞組的第二連接端通過朝著電池Zx進(jìn)行電流傳導(dǎo)的二極管Dxc與電池Zx的正連接端相連并且通過離開該電池進(jìn)行電流傳導(dǎo)的二極管Dxd與電池Zx的負(fù)連接端相連。
四個整流二極管Dxa至Dxd因此分別構(gòu)成了格列茨整流器。
DC/AC轉(zhuǎn)換器2以例如50kHz的脈沖頻率工作。由于接著采用在其可控制性上被限制的耦合變壓器，所以應(yīng)注意AC總線上的沒有直流電壓的信號。
在驅(qū)動AC總線線路4.1和4.2時，在耦合變壓器的次級側(cè)上出現(xiàn)交流電壓。如果該交流電壓達(dá)到由這些電池Zx的電池電壓UZx與最小的電池電壓和兩個二極管通過電壓(Diodenflussspannung)構(gòu)成的總和，則該交流電壓借助隨后的整流電路3被逆變成脈動直流電壓并且在該電池上將該交流電流引導(dǎo)成通過電流。所有其它電池視電池電壓而定不受其影響或者視電池電壓UZx而定僅受到最小影響。
利用其給具有最小的電池電壓UZx的電池Zx充電的能量來自中間電路電容器CZ，該電容器CZ一方面通過加載而另一方面通過恒定的再充電主動地適應(yīng)于必要的電壓。
具有很小的漏磁的變壓器和具有很小的導(dǎo)通電壓的二極管證明為特別合適的。
DC/AC轉(zhuǎn)換器2的兩個利用方波信號來驅(qū)動的半橋反相地工作，也就是說，如果晶體管T1和T4在第一相位進(jìn)行電流傳導(dǎo)，則晶體管T2和T3不導(dǎo)通；在第二相位是相反的此處，晶體管T2和T3進(jìn)行電流傳導(dǎo)，而晶體管T1和T4不導(dǎo)通。
通過DC/DC轉(zhuǎn)換器1，從整個由串聯(lián)連接的單個電池Zx組成的電容器堆(即雙層電容器DLC)中汲取能量。可選擇地或者附加地，通過附加的開關(guān)S2將能量輸送給該系統(tǒng)。
在第一相位，電流從中間電路電容器Cz通過晶體管T1和總線線路4.1流入耦合變壓器Trx的初級繞組中并且返回通過總線線路4.2和晶體管T4流向中間電路電容器CZ。
在第二相位，電流從中間電路電容器CZ通過晶體管T3和總線線路4.2流入耦合變壓器Trx的初級繞組中(現(xiàn)在是反方向)并且返回通過總線線路4.1和晶體管T2流向中間電路電容器CZ。
通過驅(qū)動初級繞組，所有耦合變壓器Tr1至Trn的次級繞組上的電壓升高，直到該電壓與充電最少的電池Zx的電池電壓加上兩個二極管電壓相對應(yīng)。
該電壓在第一相位引起從次級繞組的第一連接端通過二極管Dxa、充電最少的電池Zx和二極管Dxd返回到次級繞組的第二連接端的通過電流，由此給電池Zx充電。
在第二相位，耦合變壓器Trx的次級繞組上的大小相等的、現(xiàn)在反向的電壓引起從次級繞組的第二連接端通過二極管Dxc、電池Zx和二極管Dxb返回到次級繞組的第一連接端的通過電流，由此同樣給電池Zx充電。
由此，實現(xiàn)了給放電最強的電池Zx的有效再充電。
給該電池充電，直到其電池電池達(dá)到其它電池的下一較高的電池電壓。脈動直流電流接著流過這兩個電池等等，直到所有電池具有相同的電池電壓。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的用于對蓄能器(電池)進(jìn)行電荷補償?shù)碾娐费b置的第二實施例。
該實施例與根據(jù)圖5的第一實施例由此區(qū)分，即分別給具有次級繞組的耦合變壓器分配兩個相鄰的(彼此串聯(lián)的)電池。
對于兩個相鄰的電池Zx和Zx+1，所分配的耦合變壓器Trx的次級繞組的第一連接端通過朝著電池Zx進(jìn)行電流傳導(dǎo)的二極管Dx與其中一個電池Zx的正連接端相連并且通過離開該電池進(jìn)行電流傳導(dǎo)的二極管Dx+1與另一電池Zx+1的負(fù)連接端相連。次級繞組的第二連接端直接與這兩個電池Zx和Zx+1的連接點相連。
耦合變壓器的初級繞組的驅(qū)動與已經(jīng)在根據(jù)圖5的實施例中所說明的一樣來進(jìn)行。
在第一相位，如已經(jīng)在根據(jù)圖5的實施例中所說明的那樣，耦合變壓器Trx的次級繞組上的電壓升高，直到該電壓與具有最小的電池電壓UZx的電池Zx的電池電壓UZx加上二極管電壓相對應(yīng)。
該電壓引起從次級繞組的第一連接端通過二極管Dx、電池Zx并且返回到次級繞組的第二連接端的通過電流，由此給電池Zx充電。
在另一相位，耦合變壓器Trx的次級繞組上的現(xiàn)在反向的電壓引起從次級繞組的第二連接端通過電池Zx+1、二極管Dx+1并且返回到次級繞組的第一連接端的通過電流，由此，如果電池Zx+1的電池電壓與電池電壓UZx相對應(yīng)，則同樣給電池Zx+1進(jìn)行充電。如果其電池電壓UZx+1更高，則沒有電流流過電池Zx+1。
給電池Zx充電，直到其電池電壓達(dá)到其它電池的下一較高的電池電壓。脈動直流電流因此流過這兩個電池等等，直到所有電池具有相同的電池電壓。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的用于對蓄能器(電池)進(jìn)行電荷補償?shù)碾娐费b置的第三實施例。
該實施例與根據(jù)圖6的第二實施例由此區(qū)分，即應(yīng)用了具有兩個次級繞組和中間抽頭的耦合變壓器，其中每個次級繞組被分配給一電池。
對于兩個相鄰的電池Zx和Zx+1，所分配的耦合變壓器Trx的第一次級繞組的第一連接端a)通過朝著第一電池進(jìn)行電流傳導(dǎo)的第一二極管Dxa與第一電池Zx的正連接端相連，以及b)通過離開電池進(jìn)行電流傳導(dǎo)的第二二極管Dxb與第二電池Zx+1的負(fù)連接端相連，并且所分配的耦合變壓器Trx的第二次級繞組的第二連接端c)通過朝著電池進(jìn)行電流傳導(dǎo)的第三二極管Dxc與第一電池Zx的正連接端相連，以及d)通過離開電池進(jìn)行電流傳導(dǎo)的第四二極管Dxd與第二電池Zx+1的負(fù)連接端相連。
兩個次級繞組的中間抽頭(即第一次級繞組的第二連接端和第二次級繞組的第一連接端)直接與這兩個電池Zx和Zx+1的連接點相連。
與已經(jīng)在根據(jù)圖5的實施例中所說明的一樣進(jìn)行對耦合變壓器的初級繞組的驅(qū)動。
在第一相位，如先前已經(jīng)說明的那樣，耦合變壓器Trx的次級繞組上的電壓升高，直到該電壓與具有最小的電池電壓UZx的電池Zx的電池電壓UZx加上二極管通過電壓相對應(yīng)。
該電壓引起從被分配給第一電池的第一次級繞組的第一連接端通過第一二極管Dxa、第一電池Zx并且返回到中間抽頭的通過電流，由此給電池Zx充電。
由于第二電池Zx+1(如所假設(shè)的那樣)具有比第一電池Zx高的電池電壓UZx+1，所以在第一相位沒有電流流過電池Zx+1。
可是，如果第二電池Zx+1的電池電壓UZx+1等于第一電池Zx的電池電壓，則在第一相位，電流也從中間抽頭流過第二電池Zx+1，并且通過第二二極管Dxb返回到第二次級繞組的第二連接端。
在第二相位，耦合變壓器Trx的次級繞組上的現(xiàn)在反向的電壓引起從第二次級繞組的第二連接端通過第三二極管Dxc、第一電池Zx并且返回到第二次級繞組的第一連接端的通過電流，由此同樣給電池Zx充電。
由于電池Zx+1具有比電池Zx高的電池電壓UZx+1，所以在另一相位也沒有電流流過電池Zx+1。
可是，如果第二電池Zx+1的電池電壓UZx+1與第一電池Zx的電池電壓一樣低，則在第二相位，電流也從中間抽頭流過第二電池Zx+1并且通過第四二極管Dxd返回到第一次級繞組的第一連接端。
現(xiàn)在給電池Zx充電，直到其電池電壓達(dá)到其它電池的下一較高的電池電壓。脈動直流電流接著流過這兩個電池等等，直到所有電池都具有相同的電池電壓。
所有三個實施例的電路都不需復(fù)雜的、昂貴的單個器件。
通過AC總線線路4.1和4.2的結(jié)構(gòu)可以容易地擴(kuò)展該系統(tǒng)。附加的蓄能器可以簡單地被連接到總線上。
根據(jù)本發(fā)明的電荷補償電路也可被用于對其它蓄能器(例如對串聯(lián)連接的蓄電池)進(jìn)行電荷補償。
該電路裝置(DLC、整流二極管、耦合電容器和總線線路既可以被集成在單個電池的外殼中又可被集成在對于所有電池共同的外殼中。以這種方式可構(gòu)造緊湊的單元，該單元僅僅具有三個或者四個連接端。
權(quán)利要求
1.一種用于對蓄能器(DLC)的串聯(lián)布置的單個電池(Zx)進(jìn)行電荷補償?shù)难b置，其特征在于，設(shè)置有DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)通過第一開關(guān)(S1)與所述蓄能器(DLC)的正連接端相連，設(shè)置有被連接在所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)之后的DC/AC轉(zhuǎn)換器(2)，所述DC/AC轉(zhuǎn)換器(2)包含中間電路電容器(CZ)和橋式電路(T1至T4)，設(shè)置有兩個被連接在所述DC/AC轉(zhuǎn)換器(2)之后的AC總線線路(4.1，4.2)，以及在各一個或者兩個相鄰的電池(Zx、Zx+1，其中x＝1至n)與所述AC總線線路(4.1，4.2)之間布置具有一個或者兩個次級繞組和整流器(3)的耦合變壓器(Trx)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述蓄能器(DLC)是雙層電容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所示的裝置，其特征在于，所述蓄能器(DLC)由蓄電池的串聯(lián)電路組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)可通過第二開關(guān)(S2)與其它能源(B)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)是電流調(diào)節(jié)的降壓變換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，多相地構(gòu)造所述DC/AC轉(zhuǎn)換器(2)的橋式電路，其中，作為半橋的每個相位由兩個串聯(lián)的晶體管(T1-T2，T3-T4)組成，所述晶體管(T1-T2，T3-T4)與所述中間電路電容器(CZ)并聯(lián)地被布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述DC/AC轉(zhuǎn)換器(2)的橋式電路是自己計時的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每個耦合變壓器(Trx)的初級繞組被布置在所述兩條AC總線線路(4.1，4.2)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，給所述蓄能器(DLC)的每個電池(Zx)分配具有次級繞組的耦合變壓器(Trx)，其中，被布置在所述耦合變壓器(Trx)的次級繞組與所述電池(Zx)之間的整流器(3)如此被構(gòu)造，以致所述耦合變壓器(Trx)的次級繞組的第一連接端通過朝著電池(Zx)進(jìn)行電流傳導(dǎo)的二極管(Dxa)與所述電池(Zx)的正連接端相連并且通過離開電池進(jìn)行電流傳導(dǎo)的二極管(Dxb)與所述電池(Zx)的負(fù)連接端相連，以及以致所述耦合變壓器(Trx)的次級繞組的第二連接端通過朝著電池(Zx)進(jìn)行電流傳導(dǎo)的二極管(Dxc)與所述電池(Zx)的正連接端相連并且通過離開電池(Zx)進(jìn)行電流傳導(dǎo)的二極管(Dxd)與所述電池(Zx)的負(fù)連接端相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，分別給所述蓄能器(DLC)的兩個相鄰的電池(Zx，Zx+1)分配具有次級繞組的耦合變壓器(Trx)，其中，所述被布置在所述耦合變壓器(Trx)的次級繞組與所述電池(Zx，Zx+1)之間的整流器(3)如此被構(gòu)造，以致所述所分配的耦合變壓器(Trx)的次級繞組的第一連接端通過朝著電池(Zx)進(jìn)行電流傳導(dǎo)的二極管(Dx)與所述一個電池(Zx)的正連接端相連并且通過離開電池進(jìn)行電流傳導(dǎo)的二極管(Dx+1)與所述另一電池(Zx+1)的負(fù)連接端相連，以及以致所述次級繞組的第二連接端直接與所述兩個電池(Zx，Zx+1)的連接點相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，分別給所述蓄能器(DLC)的兩個相鄰的電池(Zx，Zx+1)分配具有兩個次級繞組和中間抽頭的耦合變壓器(Trx)，其中，所述被布置在所述耦合變壓器(Trx)的次級繞組與所述電池(Zx，Zx+1)之間的整流器(3)如此被構(gòu)造，以致所述所分配的耦合變壓器(Trx)的第一次級繞組的第一連接端通過朝著電池進(jìn)行電流傳導(dǎo)的二極管(Dxa)與第一電池(Zx)的正連接端相連并且通過離開電池進(jìn)行電流傳導(dǎo)的二極管(Dxb)與第二電池(Zx+1)的負(fù)連接端相連，以及以致所述所分配的耦合變壓器(Trx)的第二次級繞組的第二連接端通過朝著電池進(jìn)行電流傳導(dǎo)的二極管(Dxc)與所述第一電池(Zx)的正連接端相連并且通過離開電池進(jìn)行電流傳導(dǎo)的二極管(Dxd)與所述第二電池(Zx+1)的負(fù)連接端相連，以及以致所述兩個次級繞組的中間抽頭直接與所述兩個電池(Zx，Zx+1)的連接點相連。
12.一種用于運行根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置的方法，其特征在于，由蓄能器(DLC)或者其它能源(B)所饋送的DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)將電流輸送給中間電路電容器(CZ)，由此在所述中間電路電容器(CZ)上形成用于給電池(Zx)充電的電壓，以及DC/AC轉(zhuǎn)換器(2)對電壓(UCZ)進(jìn)行逆變并且通過AC總線線路(4.1，4.2)將所述電壓(UCZ)轉(zhuǎn)到耦合變壓器(Trx)的次級側(cè)，以及只要次級交流電壓達(dá)到由具有最小的電池電壓的所述電池(Zx)的電池電壓(UZx)和一個或者兩個二極管通過電壓構(gòu)成的總和相對應(yīng)的值，所述次級交流電壓就借助整流器(3)的二極管(Dxa至Dxd、Dx、Dx+1，其中x＝1至n)被轉(zhuǎn)換成針對具有最小的電池電壓(UZx)的電池(Zx)的脈動充電電流。
13.用于運行根據(jù)權(quán)利要求1或者9所述的裝置的根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，給每個電池(Zx)分配具有次級繞組的耦合變壓器(Trx)，其特征在于，所述耦合變壓器(Trx)的次級電壓在第一相位引起從所述次級繞組的第一連接端通過第一二極管(Dxa)、具有所述最小的電池電壓(UZx)的電池(Zx)、第四二極管(Dxd)并且返回到所述次級繞組的第二連接端的充電電流，以及在第二相位引起從所述次級繞組的第二連接端通過第三二極管(Dxc)、所述電池(Zx)和第二二極管(Dxb)并且返回到所述次級繞組的第一連接端的充電電流。
14.用于運行根據(jù)權(quán)利要求1或者10所述的裝置的根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，給各兩個相鄰的電池(Zx，Zx+1)分配具有次級繞組的耦合變壓器(Trx)，其特征在于，所述耦合變壓器(Trx)的次級電壓在第一相位引起從所述第一次級繞組的第一連接端通過第一二極管(Dx)、具有所述最小的電池電壓(UZx)的第一電池(Zx)并且返回到所述次級繞組的第二連接端的通過電流，以及在第二相位沒有引起通過電流。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在所述兩個電池電壓(UZx，UZx+1)相等時，所述耦合變壓器(Trx)的次級電壓在第二相位引起從所述次級繞組的第二連接端通過第二電池(Zx+1)和通過第二二極管Dx+1返回到所述次級繞組的第一連接端的通過電流。
16.用于運行根據(jù)權(quán)利要求1或者11所述的裝置的根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，給各兩個相鄰的電池(Zx，Zx+1)分配具有兩個次級繞組和中間抽頭的耦合變壓器(Trx)，其特征在于，所述耦合變壓器(Trx)的次級電壓在第一相位引起從所述第一次級繞組的第一連接端通過第一二極管(Dxa)、具有所述最小的電池電壓(UZx)的第一電池(Zx)并且返回到所述中間抽頭的通過電流，以及在第二相位引起從所述第二次級繞組的第二連接端通過所述第三二極管(Dxc)、所述第一電池(Zx)并且返回到所述中間抽頭的通過電流。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在所述兩個電池電壓(UZx，UZx+1)相等時，所述耦合變壓器(Trx)的次級電壓在第一相位也引起從所述中間抽頭通過所述第二電池(Zx+1)和所述第二二極管(Dxb)返回到所述第二次級繞組的第二連接端的通過電流，以及在第二相位也引起從所述中間抽頭通過所述第二電池(Zx+1)和所述第四二極管(Dxd)返回到所述第一次級繞組的第一連接端的通過電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置和方法，用于對具有DC/DC轉(zhuǎn)換器的蓄能器的串聯(lián)連接的單個電池進(jìn)行電荷補償，該DC/DC轉(zhuǎn)換器從所述蓄能器中或者從其它能源中汲取能量，由此給中間電路電容器充電，該中間電路電容器的電壓在DC/AC轉(zhuǎn)換器中被逆變，并且將交流電壓通過AC總線線路和耦合變壓器借助整流器轉(zhuǎn)換成脈動直流電流，以及利用該脈動直流電流給具有最小的電池電壓的電池充電。
文檔編號H02M3/335GK1977439SQ200580021643
公開日2007年6月6日 申請日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月28日
發(fā)明者S·博爾茨, M·戈特詹伯杰, R·克諾爾, G·盧格爾特 申請人:西門子公司