CN102474112A

CN102474112A - 能量提供装置

Info

Publication number: CN102474112A
Application number: CN2010800330124A
Authority: CN
Inventors: S.斯潘哈克; J.法斯纳克特; J.霍伊塞尔
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2012-05-23
Also published as: US20120187769A1; DE102009027991A1; EP2457299A1; WO2011009676A1; KR20120052235A

Abstract

本发明涉及一种能量提供装置（1），该能量提供装置（1）具有一定数目的用于将相应加载的输入电压转换为输出电压的直流斩波器（101、103、105）和相同数目的用于提供输入电压的蓄能器（107、109、111），其中为每个直流斩波器（101、103、105）分配了一个蓄能器，并且其中能够根据额定设定值来调节所述数目的直流斩波器（101、103、105）中的至少一个直流斩波器（101、103、105）的输出电压，用于个别地向分配给所述至少一个直流斩波器（101、103、105）的蓄能器（107、109、111）加荷。

Description

能量提供装置

技术领域

本发明涉及在使用蓄能器的情况下尤其在使用电动车蓄电池或者混合动力车蓄电池的情况下提供能量这个领域。

背景技术

已知的电动车蓄电池或者混合动力车蓄电池由单个的蓄电池单池构成，所述单个的蓄电池单池比如在效率方面始终具有一定程度的同型元件的参数差异。除此以外，所述蓄电池单池在热方面经常有区别地耦合到环境上，因而也会有区别地变热。为了实现所述蓄电池单池的均匀的负荷，通常将其串联，从而通过每个蓄电池单池流动着相同的电流。但是，在此不是根据相应的容量来给所述单池加荷，这会导致总装置的效率降低。

发明内容

本发明基于这样的认识，即具有多个尤其串联的蓄能器的装置的效率可以得到提高，如果个别地比如根据相应的老化状态或者其它边界条件来给所述蓄能器比如蓄电池或者蓄电池单池加荷。为此每个可以由一个或者多个蓄能器模块或者说蓄能器单池组成的蓄能器都可以设有一个电位连接的直流斩波器也称为DC/DC-转换器（DC：Direct Current）。如果所述电流斩波器在输出侧比如串联，那就可以通过每个直流斩波器的专门的触发根据每个蓄能器的当前的容量来向其加荷并且由此使其最佳地运行。由此不是直接地而是相应间接地通过一个或者多个作为升压斩波器或者作为降压斩波器将蓄能器的电压转换为比如能够选择的输出电压的直流斩波器来运行所述蓄能器。

本发明涉及一种能量提供装置，该能量提供装置具有一定数目的用于将相应加载的输入电压转换为输出电压的直流斩波器和相同数目的蓄能器，其中可以将每个蓄能器分配给一个直流斩波器。在此优选所述数目的直流斩波器中的至少一个直流斩波器的输出电压能够根据额定设定值来调节。所述蓄能器比如可以相应地由一个或者多个蓄能器单池构成，其中通过相应的蓄能器输出的输出电压作为输入电压输送给相应的直流斩波器。通过直流斩波器的输出电压的调节来实现这一点，即可以在个别地调整的情况下向分配给这个直流斩波器的蓄能器加荷。

按照一种实施方式，多个或者所述数目的直流斩波器的输出电压能够相应地按照额定设定值来调节，用于在所述直流斩波器的电流负荷相同时个别地尤其有区别地向所述蓄能器加荷。由此将负荷有利地分布到单个的蓄能器上。

按照一种实施方式，所述直流斩波器能够串联或者是串联的，由此以有利的方式实现这一点，即可以个别地并且根据电压来向每个蓄能器加荷。

按照一种实施方式，所述直流斩波器的突出之处在于相同的或者不同的额定功率，从而可以使用具有相同的或者不同的额定功率的蓄能器。在这种情况下也可以以有利的方式实现个性化的蓄能器负荷。

按照一种实施方式，所述额定设定值为直流斩波器所特有，并且/或者为蓄能器所特有，尤其为蓄能器功率所特有。但是所述额定设定值可以取决于所述数目的直流斩波器的输出电压的总和，并且/或者取决于分配给所述至少一个直流斩波器的蓄能器的额定功率，并且/或者取决于所有蓄能器的总功率。由此以有利的方式保证，所述额定设定值可以为组件所特有。

按照一种实施方式，多个或者所述数目的直流斩波器的输出电压能够相应地根据一个或者前面提到的额定设定值，尤其根据直流斩波器所特有的或者蓄能器所特有的尤其蓄能器功率所特有的额定设定值来调节。由此以有利的方式来实现这一点，即可以个别地向每个蓄能器加荷。

按照一种实施方式，所述输出电压优选只能在所述直流斩波器的输出电压的总和尤其所有直流斩波器的所有构成总中间电路电压的输出电压的总和是恒定的这样的条件下调节。由此尽管所述蓄能器的个性化的负荷也以有利的方式实现电压恒定性。

按照一种实施方式，所述至少一个直流斩波器的输出电压U_zkmodXsoll能够按照公式

U_zkmodXsoll=U_zk*（P_ModX/P_Gesamt）

来调节，其中U_zk表示所述数目的直流斩波器的输出电压的总和，P_Gesamt表示所述数目的蓄能器的总功率并且P_ModX表示所述的或者分配给所述至少一个直流斩波器的蓄能器的额定功率。第X个直流斩波器的效率可以根据能流的方向来加以考虑。

由此以有利的方式提供一种简单的用于对所述直流斩波器的输出电压进行调节的规则。

按照一种有利的实施方式，所述直流斩波器是降压斩波器或者升压斩波器，因而比如所有直流斩波器是降压斩波器或者升压斩波器或者所述直流斩波器中的一些直流斩波器是降压斩波器并且其余的直流斩波器是升压斩波器。由此以有利的方式在产生输出电压方面保证了较大的灵活性。

此外，本发明涉及一种用于在使用按本发明的能量提供装置的情况下提供电能的方法，其中根据额定设定值来调节所述数目的直流斩波器中的至少一个直流斩波器的输出电压。按照一种实施方式，相应地根据额定设定值尤其根据直流斩波器所特有的或者蓄能器所特有的额定设定值来调节多个或者所述数目的直流斩波器的输出电压。在此所述额定设定值以有利的方式考虑到相应的蓄能器的状态，从而可以精确地调节个别的负荷。

此外，本发明涉及用于在机动车尤其电动车中提供电能的能量提供装置的用途。

附图说明

下面参照附图对本发明的其它实施方式进行解释。附图示出如下：

图1是一个能量提供装置；并且

图2是另一个能量提供装置。

具体实施方式

图1示出了一个具有一定数目的直流斩波器101、103和105的能量提供装置。所述直流斩波器101布置在蓄能器107的后面，所述直流斩波器103布置在蓄能器109的后面并且所述直流斩波器105布置在蓄能器111的后面。每个蓄能器比如可以由一个或者多个蓄能器单池所组成。所述蓄能器比如可以是机动车蓄电池。

在输出侧，所述直流斩波器101、103和105分别与一个包括两个晶体管113和115的开关装置相连接。在输出侧，可选分别设置一个平滑电容117。

在图1中示出的直流斩波器101到105优选串联，其中比如将在输入侧通过所述蓄能器111输送给所述直流斩波器105的输入电压119,U_mod1转换为输出电压121,U_zkmod1。相应地将在输入侧通过所述蓄能器109输送给所述直流斩波器的输入电压123,U_mod2转换为输出电压125, U_zkmod2。相应地将在输入侧通过所述蓄能器107输送给所述直流斩波器101的输入电压127,U_modx转换为输出电压129, U_zkmodX。在此“X”表示在图1中示出的能量提供装置中的直流斩波器的数目或者第X个直流斩波器。所述能量提供装置在输出侧设有接头131和133，通过所述接头131和133能够截取所有电压的总和也就是说中间电路电压。在运行中中间电路电流I_zk比如流到所述接头131中。此外，如在图1中示出的一样，所述直流斩波器101、103和105在输入侧直接与相应的蓄能器107、109和111相连接。由此能够使用双象限-直流斩波器。

图2示出了能量提供装置，对于该能量提供装置来说与在图1中示出的能量提供装置不同的是，所述直流斩波器101、103和105可以构造为四象限直流斩波器，由此可以省略相应的输出电压的向下的限制。由此可以以有利的方式实现这一点，即可以在不考虑下极限的情况下设置额定设定值。这通过以下方式来实现，即每个直流斩波器101、103和105在输入侧通过另一个开关装置分别与两个以在图2中示出的方式错接的开关晶体管201和203相连接。

如在图1和2中示出的一样，可以优选通过比如串联的直流斩波器101、103、105的输出电压U_zkmod1…X的变化来个别地调节各个蓄能器107、109和111的负荷，尽管相同的电流通过所有直流斩波器101、103和105来流动。

如果所述直流斩波器101、103、105比如是双象限直流斩波器，那么如在图1中示出的一样有利的是，相应的输出电压U_zkmod1…X比如高于或者低于相应的蓄能器107、109、111的相应的输出电压也就是U_zkmod1…X。由此所述直流斩波器101、103、105可以构造为降压斩波器或者升压斩波器。由此可以防止这一点，即有时候不能控制的电流流通过上面的可以构造为MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）或者构造为IGBT（绝缘栅门极晶体管）的可能使用的反平行的二极管来流动。因为所述直流斩波器101到103直接与所述蓄能器107、109、111相连接，所以此外保证，始终提供相同数目的直流斩波器。按照在图1中示出的能量提供装置，此外也实现这一点，即只能在特定的界限之内向每个蓄能器加荷，这通过下面的电压极限以及由此下面的功率极限来确定。相反，如在图2中示出的一样，所述直流斩波器101、103、105构造为四象限直流斩波器，因此产生前面提到的极限。除此以外，所述直流斩波器可以跨接或者说切断。

如果发现在运行时比如流入到所述接头131中的中间电路电流I_ZK，那就根据所述电流斩波器的串联来达到这一点，即该电流在输出侧通过所有直流斩波器101、103、105来流动。每个蓄能器的最小能够输出的功率P_minX而后为：

P_minX=I_ZK*U_modX。

如果应该输出更大的功率，那么这一点始终可以通过相应的直流斩波器101、103、105的相应的输出电压的提高来实现，这种做法基于相应的直流斩波器的功率平衡。在此优选考虑到，输入功率的表现与输出功率相类似。因此在输出电流恒定时可以通过相应的直流斩波器101、103、105的相应的输出电压的变化来改变功率。在这种情况下，此外也可以考虑到相应的直流斩波器的效率。

如前面所描述的一样，所述相应的直流斩波器的输出电压可以根据额定设定值来确定。这样的额定设定值比如可以考虑到总装置也就是中间电路的必须承载或者输出的特定的功率。另一方面总电压也就是中间电路电压可以作为所述直流斩波器的所有输出电压的总和来保持恒定。在这种情况中，用于每个单个的直流斩波器的输出电压的额定设定值比如可以要求，所有直流斩波器的所有输出电压U_zkmod1…U_zkmodX的总和等于中间电路电压U_zk，其中U_zk=U_zkmod1+…+U_zkmodX。

可以在使用以下公式的情况下来确定将输出电压划分到所述直流斩波器的各个输出电压上的情况。

U_zkmod1Xsoll=U_zk*(P_Modx/P_Gesamt)

在此P_Gesamt表示所有蓄能器的总功率也就是中间电路的功率要求，P_Modx表示第X个蓄能器的额定功率并且U_zkmodXsoll表示第X个直流斩波器的输出电压。所述第X个直流斩波器的效率可以根据能流的方向来加以考虑。

除此以外，所述单个的蓄能器的额定功率可以在与蓄能器的容量成比例的情况下或者根据蓄能器的容量来调节。因此可以规定，所述最有效率的蓄能器可以承载或者输出最大功率，从而可以以如下方式来确定相应的蓄能器功率：

P_Modx=P_ModXpos/(P_Mod1pos+P_Mod2Pos+…+P_ModXpos)*P_Soll。

在此，P_Soll表示蓄能器功率尤其蓄电池额定功率，P_modXpos表示第X个蓄能器的允许的最大功率，其中可选可以考虑到所属的直流斩波器的效率。如果如前面所解释的一样考虑到所述功率，那就可以在另外的迭代步骤中进行更细微的调谐，前面出于简化原因省略了所述迭代步骤。

对于所述蓄能器的不同的允许的充电及放电功率来说，额定电压值也就是所述蓄能器的输出电压可以优选根据相应的充电或放电过程中的相应的电流方向来选择。此外，可以优选在所述额定设定值中一同考虑到所述直流斩波器的可能的电压范围尤其在使用双象限直流斩波器时的下面的电压极限。如果不能如所要求的一样降低所述相应的蓄能器或者相应的直流斩波器的输出电压，那就比如可以限制总功率输出。

所述直流斩波器优选设有电压调节机构，该电压调节机构将按照相应的额定设定值预先设定的输出电压调节到U_{zkmod1soll…zkmodXsoll}。优选在这种情况下尤其在相应的直流斩波器在极端的部分负载范围内工作时尤其在功率平衡时对相应的直流斩波器的效率加以考虑，其中对于所述功率平衡来说确定输出功率与输入功率之间的比例，并且其中在所述极端的部分负载范围内比如可以要求比最大可动用的负载的10%低的负载。

比如上级的控制机构比如软件仪器可以对所述直流斩波器进行控制。所述软件仪器比如可以设置用于执行用于控制所述直流斩波器的控制软件，所述控制软件比如可以在蓄电池管理系统内部使用。

Claims

1.能量提供装置，具有：

一定数目的用于将相应加载的输入电压转换为输出电压的直流斩波器（101、103、105）；和

相同数目的用于提供输入电压的蓄能器（107、109、111），其中为每个直流斩波器（101、103、105）分配了一个蓄能器，并且其中

能够根据额定设定值来调节所述数目的直流斩波器（101、103、105）中的至少一个直流斩波器（101、103、105）的输出电压，用于个别地向分配给所述至少一个直流斩波器（101、103、105）的蓄能器（107、109、111）加荷。

2.按权利要求1所述的能量提供装置，其中能够相应地按照额定设定值来调节多个或者所述数目的直流斩波器的输出电压，用于在所述直流斩波器的电流负荷相同时个别地尤其有区别地向所述蓄能器加荷。

3.按权利要求1或2所述的能量提供装置，其中所述直流斩波器（101、103、105）能够串联或者是串联的。

4.按前述权利要求中任一项所述的能量提供装置，其中所述直流斩波器（101、103、105）具有相同的或者不同的额定功率。

5.按前述权利要求中任一项所述的能量提供装置，其中能够相应地根据额定设定值尤其根据直流斩波器所特有的或者蓄能器所特有的尤其蓄能器功率所特有的额定设定值来调节多个或者所述数目的直流斩波器的输出电压。

6.按前述权利要求中任一项所述的能量提供装置，其中所述至少一个直流斩波器（101、103、105）或者多个直流斩波器（101、103、105）的输出电压能够在所述的或者所有的直流斩波器（101、103、105）的输出电压的总和是恒定的这样的条件下调节。

7.按前述权利要求中任一项所述的能量提供装置，其中所述额定设定值为直流斩波器所特有或者为蓄能器所特有或者取决于所述数目的直流斩波器（101、103、105）的输出电压的总和并且/或者取决于分配给所述至少一个直流斩波器（101、103、105）的蓄能器（107、109、111）的额定功率并且/或者取决于所述数目的蓄能器的总功率并且/或者取决于分配给所述至少一个直流斩波器（101、103、105）的蓄能器的额定功率与所述数目的蓄能器的总功率之间的比例。

8.按前述权利要求中任一项所述的能量提供装置，其中所述至少一个直流斩波器（101、103、105）的输出电压U_zkmodXsoll能够按照公式

U_zkmodXsoll=U_zk*（P_ModX/P_Gesamt）

来调节，其中U_zk表示所述数目的直流斩波器的输出电压的总和，P_Gesamt表示所述数目的蓄能器的总功率并且P_ModX表示分配给所述至少一个直流斩波器（101、103、105）的蓄能器的额定功率。

9.按前述权利要求中任一项所述的能量提供装置，其中所述直流斩波器（101、103、105）是降压斩波器或者升压斩波器。

10.用于在使用按权利要求1到8中任一项所述的能量提供装置的情况下提供电能的方法，其中根据额定设定值来调节所述数目的直流斩波器（101、103、105）中的至少一个直流斩波器（101、103、105）的输出电压，用于个别地向分配给所述至少一个直流斩波器的蓄能器加荷。

11.按权利要求12所述的方法，其中相应地根据额定设定值尤其根据直流斩波器所特有的或者蓄能器所特有的尤其蓄能器功率所特有的额定设定值来调节多个或者所述数目的直流斩波器（101、103、105）的输出电压。

12.按权利要求1到9中任一项所述的能量提供装置的用途，其被用于在机动车中尤其在电动车中或者在混合动力车中提供电能。