CN104040824A - 用于对储能器设备的储能器单池进行充电的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对储能器设备的储能器单池进行充电的方法，所述储能器设备具有：n个第一输出接线端子，其中n≥1，其用于在所述输出接线端子中的每个处输出供电电压；第二输出接线端子，其中可以在第一输出接线端子端子与第二输出接线端子之间连接充电设备；以及n个并联的供能分支，其分别耦合在第一输出接线端子与第二输出接线端子之间，其中所述供能分支中的每个都具有多个串联的储能器模块，所述储能器模块分别包括具有至少一个储能器单池的储能器单池模块以及具有耦合元件的耦合设备，所述耦合元件被设计为选择性地将所述储能器单池模块接入到相应供能分支中或桥接所述储能器单池模块。在此，该方法包括下列步骤：确定为所述储能器设备提供充电电压的充电设备的最大可能充电电压；确定供能分支的储能器单池模块的最大数目，其中在所述最大数目的情况下，储能器单池模块的、依赖于供能分支的所有储能器单池模块的储能器单池的瞬时充电状态的输出电压之和仍然小于所述最大可能的充电电压；以及选择和操控所述供能分支的储能器模块的耦合元件，使得分别仅有所述最大数目的储能器单池模块被耦合到所述供能分支中。

Description

用于对储能器设备的储能器单池进行充电的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于对尤其是用于给电机供电的电池直接变换电路中的储能器设备的储能器单池进行充电的系统和方法。

背景技术

已经显示，在未来，在诸如风力发电设备或太阳能设备的静止应用中以及在诸如混合动力车辆或电动车辆之类的车辆中，越来越多地使用将新储能技术与电驱动技术相组合的电子系统。

多相电流到电机中的馈入通常是通过脉冲逆变器形式的变换器来实现的。为此，可以将由直流电压中间电路提供的直流电压变换成多相交流电压、例如三相交流电压。在此，直流电压中间电路通过由串联的电池模块构成的支路来馈电。为了能够满足针对相应应用给定的对功率和能量的要求，常常在牵引电池中将多个电池模块串联。

在文献US 5,642,275 A1中描述了一种具有集成逆变器功能的电池系统。这种类型的系统是以名称Multilevel Cascaded Inverter（多电平级联变换器）或Battery Direct Inverter（电池直接变换器，BDI）已知。这样的系统包括多个储能器模块支路中的直流电流源，这些储能器模块支路可以直接连接到电机或电网上。在此，可以生成单相或多相供电电压。在此，储能器模块支路具有多个串联储能器模块，其中每个储能器模块都具有至少一个电池单池和所分配的可控耦合单元，所述耦合单元允许根据控制信号中断相应的储能器模块支路或者桥接分别所分配的至少一个电池单池或者将分别所分配的至少一个电池单池接入相应的储能器模块支路中。通过合适地、例如借助于脉宽调制操控耦合单元，也可以提供合适的相信号以用于控制相输出电压，从而可以放弃单独的脉冲逆变器。因此，为了控制相输出电压所需的脉冲逆变器在某种程度上可以说被集成到BDI中。

BDI通常相对于传统系统具有较高的效率和较高的故障安全性。故障安全性尤其是通过以下方式来保证，即可以通过适当地桥接操控耦合单元从功能支路中断开有缺陷的、发生故障的或不是完全有效的电池单池。储能器模块支路的相输出电压可以通过对应地操控耦合单元被改变并且尤其是分级地被调整。输出电压的分级在此由单个储能器模块的电压得出，其中最大可能的相输出电压通过储能器模块支路的所有储能器模块的电压之和来确定。

发明内容

根据一方面，本发明提供了一种用于对储能器设备的储能器单池进行充电的方法，所述储能器设备具有：n个第一输出接线端子，其中n ≥ 1，其用于在所述输出接线端子中的每个处输出供电电压；第二输出接线端子，其中可以在第一输出接线端子端子与第二输出接线端子之间连接充电设备；以及n个并联的供能分支，其分别耦合在第一输出接线端子与第二输出接线端子之间，其中所述供能分支中的每个都具有多个串联的储能器模块，所述储能器模块分别包括具有至少一个储能器单池的储能器单池模块以及具有耦合元件的耦合设备，所述耦合元件被设计为选择性地将所述储能器单池模块接入到相应供能分支中或桥接所述储能器单池模块。在此，该方法包括下列步骤：确定为所述储能器设备提供充电电压的充电设备的最大可能的充电电压；确定供能分支的储能器单池模块的最大数目，其中在所述最大数目的情况下，储能器单池模块的、依赖于供能分支的所有储能器单池模块的储能器单池的瞬时充电状态的输出电压之和仍然小于所述最大可能的充电电压；以及选择和操控所述供能分支的储能器模块的耦合元件，使得分别仅有所述最大数目的储能器单池模块被耦合到所述供能分支中。

根据另一方面，本发明提供了一种具有储能器设备的系统，所述储能器设备具有：n个第一输出接线端子，其中n ≥ 1，其用于在所述输出接线端子中的每个处输出供电电压；第二输出接线端子，其中可以在第一输出借此安端子与第二输出接线端子之间连接充电设备；以及n个并联的供能分支，其分别耦合在第一输出接线端子与第二输出接线端子之间，其中所述供能分支中的每个都具有多个串联的储能器模块，所述储能器模块分别包括具有至少一个储能器单池的储能器单池模块以及具有耦合元件的耦合设备，所述耦合元件被设计为择性地将所述储能器单池模块接入到相应供能分支中或桥接所述储能器单池模块。该系统还包括控制设备，所述控制设备与所述耦合设备耦合并且被设计为执行根据本发明的用于对储能器单池模块的储能器单池进行充电的方法。

本发明的优点

本发明的思想是，在充电过程期间将可控储能器设备的储能器单池模块有针对性地接入到供能分支中，使得所需的充电电压在整个充电过程中都在预定义的电压范围内移动。为此，可以确定相应储能器单池的充电状态，以便由此为每个储能器模块确定所需的充电电压并且由此将如下的储能器模块接入到供能分支中：所述储能器模块的累加的所需充电电压对应于预定义的电压范围。在具有不同充电状态的储能器单池的情况下，可以循环地完全交换分别要充电的储能器单池。

该布置的显著优点在于，可以缩小在储能器设备的整个充电过程中必须覆盖的电压范围。这所提供的优点是，用于对储能器单池进行充电的充电设备可以具有更小的输出电压范围，这一方面导致体积和制造成本的节省，并且另一方面导致改善的效率。充电设备可以具有更小的变压器，不再必须被构造为多级的，并且因此可以通过更廉价和更低要求的器件来实现。效率间接地通过降低的损耗功率来改善。此外，可以使用具有由于设计而仅容许小电压散布的可替代的拓扑的充电设备、例如谐振变换器。

另一优点在于，可以通过合适地选择电压范围来将充电设备用于不同应用领域、例如同样地用于电动车辆和混合动力车辆。

此外存在的显著优点在于，在充电过程期间就已经可以平衡储能器单池的例如由于运行或由于老化而可能出现的不同充电状态，而为此不需要另外的单池平衡方法。由此减小了直到实现所有储能器单池的完全充电状态为止的总充电时长。

根据本发明方法的一个实施方式，还可以通过如下方式来循环地交换分别耦合到供能分支中的储能器单池模块：在预定时间周期中选择和操控所述供能分支的分别其他储能器模块的耦合元件。由此可以同样地对所有储能器模块进行充电，而不延长充电时间。

根据本发明方法的另一实施方式，还可以以可改变的占空度来操控所述供能分支的另一未被选择的储能器模块的耦合元件。通过可改变的占空度来将该储能器模块所需的平均电压与瞬时充电电压相匹配。如果在一个有利的实施方式中，根据最大可能的充电电压与储能器单池模块的输出电压之和的差或者最小可能的充电电压与储能器单池模块的输出电压之和的差来确定可改变的占空度，则可以将必须由充电设备所提供的充电电压有利地保持为恒定的。

根据本发明方法的另一实施方式，还可以在充电过程期间监视供能分支的所选择的储能器模块的输出电压，并且如果所选择的储能器单池模块的输出电压之和超过所期望的充电电压、例如最大可能的充电电压，则减小供能分支的储能器单池模块的所确定的最大数目。由此可以有利地使得能够在整个充电过程中保持在充电设备的预定义的电压范围中。尤其是当根据一个有利的实施方式，减小储能器单池模块的所确定的最大数目包括将所述数目减小各一个储能器单池模块时，可能有利的是，不仅在充电过程的每个时刻保持在最大可能的充电电压之下，而且还始终将充电电压保持在最小可能的充电电压之上。这用于减小充电设备的输出电压范围的所需的散布。

根据本发明方法的另一实施方式，可以在充电过程期间监视供能分支的所选择的储能器模块的输出电压，并且操控其输出电压超过所期望的最终电压的储能器模块的耦合元件，以用于在剩余的充电过程期间将所述储能器模块持久地从该供能分支中去耦合。通过这种方式可以实现的优点是，可以将不同储能器模块的储能器单池模块置于不同的最终电压，而不妨害同一供能分支的其他储能器模块的其余储能器单池模块的充电过程。

根据本发明系统的一个实施方式，可以设置充电设备，所述充电设备与所述n个第一输出接线端子和第二输出接线端子耦合并且被设计为为储能器设备提供处于最小可能的充电电压与最大可能的充电电压之间的电压范围中的充电电压。

根据本发明系统的另一实施方式，可以设置切换设备，所述切换设备耦合在充电设备与所述n个第一输出接线端子之间并且被设计为将充电设备选择性地从储能器设备断开。这有利地使得能够在储能器设备的运行期间、例如在结束充电过程以后将充电设备与储能器设备分开。此外，可以通过切换设备执行各个供能分支的有针对性的充电。

根据本发明系统的另一实施方式，耦合设备可以包括全桥电路中的耦合元件。

根据本发明系统的另一实施方式，耦合设备可以包括半桥电路中的耦合元件。

本发明的实施方式的另外的特征和优点从下面参考附图的描述中得出。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施方式的具有储能器设备的系统示意图；

图2示出了根据本发明的另一实施方式的储能器设备的储能器模块的示意图；

图3示出了根据本发明的另一实施方式的储能器设备的储能器模块的示意图；

图4示出了根据本发明的另一实施方式的具有储能器设备的系统的示意图；

图5示出了根据本发明的另一实施方式的具有储能器设备的系统的示意图；

图6示出了根据本发明的另一实施方式的储能器设备的用于对储能器设备的储能器单池进行充电的操控策略的示意图；

图7示出了根据本发明的另一实施方式的储能器设备的用于对储能器设备的储能器单池进行充电的操控策略的示意图；

图8示出了根据本发明的另一实施方式的用于对储能器设备的储能器单池进行充电的方法的示意图。

具体实施方式

图1示出了用于对由储能器模块3所提供的直流电压到n相交流电压的电压转换的系统100。系统100包括具有储能器模块3的储能器设备1，所述储能器模块在供能分支中串联。在图1中示例性地示出了三个供能分支，所述供能分支适于例如为三相电机2生成三相交流电压。但是清楚的是，供能分支的每个其他数目同样是可能的。储能器设备1在每个供能分支处具有第一输出接线端子1a、1b、1c，其分别连接在相线2a、2b或2c上。图1中的系统100示例性地用于给三相电机2馈电。但是也可以规定：将储能器设备1用于为供电网2生成电流。

系统100还可以包括控制设备9，该控制设备9与储能器设备1连接，并且借助于该控制设备9可以控制储能器设备1以便在相应的第一输出接线端子1a、1b、1c处提供所期望的输出电压。此外，控制设备9可以被设计为在对储能器设备1的储能器单池充电时操控储能器设备1的相应的有源开关元件。

供能分支可以在其末端处与参考电势4（参考轨）连接，该参考电势在所示的实施方式中相对于电机2的相线2a、2b、2c引导平均电势。参考电势4例如可以是地电势。供能分支中的每个都具有至少两个串联的储能器模块3。在图1中，每供能分支的储能器模块3的数目示例性地为三个，但是其中储能器模块3的每个其他数目同样是可能的。在此，供能分支中的每个优选地包括相同数目的储能器模块3，但是其中也可能的是，针对每个供能分支设置不同数目的储能器模块3。

储能器模块3分别具有两个输出接线端子3a和3b，通过所述输出接线端子可以提供储能器模块3的输出电压。由于储能器模块3主要是串联的，因此储能器模块3的输出电压相加得到总输出电压，该总输出电压可以在储能器设备1的第一输出接线端子1a、1b、1c中的相应输出接线端子处被提供。

在图2和3中更详细地示出了储能器模块3的示例性的构造形式。在此，储能器模块3分别包括具有多个耦合元件7a、7c以及必要时7b和7c的耦合设备7。储能器模块3还分别包括具有一个或多个串联的储能器单池5a至5k的储能器单池模块5。

在此，储能器单池模块5例如可以具有串联的电池5a至5k，例如锂离子电池。在此，图2和图3中所示的储能器模块3中的储能器单池5a至5k的数目示例性地为两个，但是其中储能器单池5a至5k的其他数目同样是可能的。

储能器单池模块5通过连接线与所属耦合设备7的输入接线端子连接。耦合设备7在图2中示例性地被构造成具有各两个耦合元件7a、7b和两个耦合元件7b、7d的全桥电路。在此，耦合元件7a、7b、7c、7d可以分别具有有源开关元件（例如半导体开关）和与之并联的空转二极管。在此可以规定：耦合元件7a、7b、7c、7d构造成已经具有本征二极管的MOSFET开关。可替代地可能的是，分别构造仅仅两个耦合元件7a、7c，使得——如图3中示例性示出的那样——实现半桥电路。

耦合元件7a、7b、7c、7d可以例如借助于图1中所示的控制设备9被操控为使得相应的储能器单池模块5选择性地接入输出接线端子3a和3b之间或者储能器单池模块5被桥接。参考图2，储能器单池模块5例如可以以正向接入在输出接线端子3a和3b之间，其方式是将耦合元件7d的有源开关元件和耦合元件7a的有源开关元件置于闭合状态，而耦合元件7b和7c的两个剩余的有源开关元件被置于断开状态。桥接状态例如可以通过如下方式来调整：将耦合元件7a和7b的两个有源开关元件置于闭合状态，而耦合元件7c和7d的两个有源开关元件保持为断开状态。类似的考虑可以针对图3中的半桥电路作出。

因此，通过合适地操控耦合设备7，可以将储能器模块3的各个储能器单池模块5有针对性地集成到供能分支的串联电路中。这尤其可以是为了有针对性地操控耦合设备7以用于在储能器模块3的储能器单池5的充电过程期间选择性地将储能器模块3的储能器单池模块5接入到供能分支中。

针对储能器模块3的每个储能器单池模块5的储能器单池5a至5k的充电过程，可以设置充电设备6，所述充电设备在图1中的示例性实施方式中一方面通过第一充电连接2d与电机2的星点连接，并且另一方面通过储能器设备1的第二输出接线端子1d连接供电电压以用于对储能器单池5a至5k进行充电。充电设备6可替代地例如也可以是外部电能源、如电能网等等。

图4示出了用于进行由储能器模块3所提供的直流电压到n相交流电压的电压转换的另一系统200的示意图。系统200与图1中所示系统100的区别基本上在于，充电设备2d的充电连接2d直接耦合到储能器设备1的各个供能分支的第一输出接线端子1a、1b、1c。为此，充电连接例如可以通过第一转换设备6a与第一输出接线端子1a、1b、1c耦合。第一转换设备6a例如可以具有半导体开关，该半导体开关在应当给储能器设备1的储能器单池模块5充电时可以被闭合。另外，可以在储能器设备1的第一输出接线端子1a、1b、1c与电机2的相接线端子之间构造第二转换设备6b，该第二转换设备6b被设计为在储能器设备1的充电过程中将电机2从储能器设备1解耦合，以便避免电机中出现不希望的电流以及由此可能的转矩。第二转换设备6b例如也可以具有半导体开关，该半导体开关可以针对充电过程被断开。

图5示出了另一系统400的示意图。系统400为此具有储能器设备10，该储能器设备通过第一输出接线端子10a和第二输出接线端子10b与变换器13的输入接线端子耦合。储能器设备10可以具有串联的储能器模块3的一个或多个供能分支，这如图2和图3中示例性地示出那样。在储能器设备10与变换器13之间例如可以耦合具有中间电路电容器12和储能器扼流圈11的LC滤波器。变换器13例如可以通过脉宽调制法（PWM）提供交流电压、例如用于电机2的三相交流电压。为此，可以从中间电路电容器12给变换器13馈送直流电压，该中间电路电容器12又从储能器设备10被馈电。

用于对储能器设备10的储能器单池模块5充电的充电设备5例如可以超出输出接线端子10a和10b地耦合。针对充电过程，可以设置控制设备9，该控制设备9与储能器设备10耦合并且被设计为通过选择性地操控储能器设备10的储能器模块3的耦合设备7来有针对性地将储能器设备10的储能器单池模块5接入到储能器设备10的一个或多个供能分支中。

图6示出了储能器设备的用于对储能器设备的储能器单池、尤其是图1或图4中的储能器设备1或图5中的储能器设备10的储能器单池5a至5k进行充电的操控策略的示意图。图7示出了储能器设备的用于对储能器设备的储能器单池、尤其是图1或图4中的储能器设备1或图5中的储能器设备10的储能器单池5a至5k进行充电的另一操控策略的示意图。

在图6和图7中分别示出了示例性的电压图，所述电压图相对于储能器单池的充电状态SOC示出了储能器单池的电压U。例如，处于完全放电状态、即SOC = 0%的锂离子电池具有大于0伏的基本电压。为了对这样的锂离子电池进行充电，需要提供至少该基本电压。锂离子电池的输出电压随着充电状态增加在充电状态SOC为100%时提高到高达标称电压。在锂离子电池的串联电路的情况下，这些值相应地升高。

在图6和7中，示例性地针对储能器单池模块5的储能器单池5a至5k的串联电路示出电压变化曲线k1。在供能分支中的多个储能器单池模块5的串联电路的情况下，得出相应的电压变化曲线k2、k3、k4、k5和k6。这些电压变化曲线例如可以通过测量储能器单池在不同充电状态下的输出电压来确定，并且作为参考值存储在储能器设备的控制设备中。

在图6中，充电过程始于首先确定储能器单池的充电状态。例如，所有储能器单池的充电状态为0％，使得首先在SOC = 0%的值的情况下确定开始时所需的充电电压。如果储能器单池的充电状态大于0％，则有类似的思考方式成立。在该示例中，确定储能器单池模块的数目：在所述数目的情况下，储能器单池模块的输出电压之和正好仍小于最大可能的充电电压Umax。最大可能的充电电压Umax可以通过所使用的充电设备来设置，并且例如为200伏至450伏之间，其中当然其他值同样是可能的。充电设备此外具有电压散布，也就是说，充电设备可以提供在最小可能的充电电压Umin与最大可能的充电电压Umax之间的充电电压范围。在此，最小可能的充电电压Umin应当小于所有储能器单池在完全放电状态下的基本电压之和，因为否则不能保证在每种情况下都能发起充电过程。在此，当然可能的是，将最小可能的充电电压Umin和最大可能的充电电压Umax的值与所期望的充电情况灵活地相匹配，也就是说，不一定需要最小可能的充电电压Umin和最大可能的充电电压Umax的值必须由充电设备的技术情况来预先给定。

在图6的本示例中，电压变化曲线k6是如下的变化曲线：在SOC = 0%时在最大数目的储能器单池模块的情况下的输出电压之和恰好仍小于最大可能的充电电压Umax。如果该数目为分别所观察的供能分支中的所有储能器单池模块的总数目，则可以简单地开始所有储能器单池模块的充电。但是如果该数目小于分别所观察的供能分支中的所有储能器单池模块的总数目，则必须对储能器单池模块进行选择，这在后面予以阐述。

在充电过程开始以后，储能器单池的充电状态升高，使得储能器单池的所需的充电电压也在一定程度上升高，这在图6中示出。在一定的充电状态SOC = p1时，储能器单池的该所需充电电压恰好达到最大可能的充电电压Umax的值。在这种情况下，降低同时被充电的储能器单池模块的数目，使得现在数目减小的储能器单池模块的电压变化曲线k5对于充电电压是起决定性作用的。例如，电压变化曲线k5可以对应于与同电压变化曲线k6相关联数目的储能器单池模块相比减小一定数目的储能器单池模块。

在下面的充电变化曲线中，不再给所有储能器单池模块同时供应充电电压。因此必须保证：使所有储能器单池模块处于相同的充电状态，其方式是，循环地完全交换活跃的储能器单池模块。为此，可以在预定的时间周期以后选择新的活跃的储能器单池模块，使得每个储能器单池模块平均在相同的累加时间段上被供应充电电压。

在充电状态SOC = p2时，该过程重新地重复，使得在图6的示例中，通过对一定数目的储能器单池模块同时进行充电来进行完全充电状态SOC = 100%，其中该数目对应于电压变化曲线k4。

在图7中示出图6的操控策略的另一改动方案。首先，在充电过程开始时，再次确定最大数目的储能器单池模块，所述最大数目恰好仍小于所期望的充电电压UL，例如最大可能的充电电压Umax或者最小可能的充电电压Umin。该数目在图7的示例中对应于与电压变化曲线k4相关联的数目。但是同时，以可改变的占空度t1来操控另一储能器单池模块，该占空度可以根据充电电压UL与由电压变化曲线k4确定的储能器单池模块的输出电压之和的差来形成。由此，充电电压UL与电压变化曲线k4之间的差值电压在平均上恰好被平衡，由此可以将充电电压UL保持在恒定的值。在充电状态 SOC = p3时，又减小持久地同时接入到供能分支中的储能器单池模块的数目。此外，在图7中类似于图6，再次将所有同时接入到供能分支中的储能器单池模块循环地交换。这些储能器单池模块中的另一储能器单池模块自充电状态SOC = p2起于是用可改变的占空度t2来操控。

在前面的阐述中，出发点示例性地曾是，电压变化曲线k1至k6分别涉及储能器单池模块的相同充电状态之和，也就是说，储能器单池模块中的每个都通过充电过程被置于相同的最终充电状态或相同的最终电压。利用前面详述的操控策略还可能的是，将不同储能器单池模块置于不同的最终充电状态或最终电压。在此，可以得出与图6和图7所示的电压变化曲线不同的电压变化曲线。

例如，可以在充电过程期间监视供能分支的所选择的储能器模块的输出电压。如果确定了特定储能器模块的输出电压超过所期望的最终电压，则所述储能器模块的耦合元件可以被操控为使得所述储能器模块持久地、即在剩余充电过程期间从供能分支去耦合。通过能够将不同储能器模块的储能器单池模块选择性地耦合到供能分支中，可以将储能器单池模块中的每个置于不同的最终电压，而不妨害同一供能分支的其他储能器模块的其余储能器单池模块的充电过程。

利用图6和7中示意性和示例性示出的操控策略，可以实现图8中示意性示出的用于对储能器设备、尤其是图1或4中的储能器设备1或图5中的储能器设备10的储能器单池进行充电的方法20。

在方法20的第一步骤21中，确定为储能器设备1或10提供充电电压UL的充电设备6的最大可能的充电电压Umax。在第二步骤22中，确定供能分支的储能器单池模块5的最大数目，其中在所述最大数目的情况下，依赖于供能分支的所有储能器单池模块5的储能器单池5a至5k的瞬时充电状态的储能器单池模块5的输出电压之和仍小于最大可能的充电电压Umax。

然后在步骤23中选择：供能分支的储能器模块3的哪些耦合元件7a、7b、7c、7d被操控，使得分别仅有在步骤22中确定的最大数目的储能器单池模块5被耦合到该供能分支中。此外还可能的是，在充电过程期间监视供能分支的所选择的储能器模块3的输出电压，如果所选择的储能器单池模块5的输出电压之和超过最大可能的充电电压Umax，则可以减少供能分支的储能器单池模块5的所确定的最大数目。减小该数目例如可以递进地进行，也就是说，在确定最大可能的充电电压Umax被超过的情况下，所选择的储能器单池模块5的数目可以减少各一个。由此始终最大化瞬时可同时充电的储能器单池模块5的数目，使得可以最小化充电过程的总充电时长。

在步骤24a中，可以通过如下方式循环地交换分别耦合到供能分支中的储能器单池模块5：在预定时间周期中选择和操控所述供能分支的分别其他储能器模块3的耦合元件7a、7b、7c、7d。由此使得能够对所有储能器单池模块5同样地进行充电。同时可以规定：在步骤24b中，以可改变的占空度来操控供能分支的另一未被选择的储能器模块3的耦合元件7a、7b、7c、7d。如果可改变的占空度是根据最大可能的充电电压Umax与储能器单池模块5的输出电压之和的差来确定的，则充电电压UL可以有利地被保持在恒定的值，因为在以可改变的占空度来操控的储能器单池模块3处，在平均上恰好可以调整最大可能的充电电压与恰好选择的储能器模块3的分级式和输出电压之间的差值电压。

Claims (12)

1.一种用于对储能器设备(1)的储能器单池(5a, 5k)进行充电的方法(10)，所述储能器设备(1)具有：

n个第一输出接线端子(1a, 1 b, 1c; 10a)，其中n ≥ 1，其用于在所述输出接线端子(1 a, 1 b, 1 c; 10a)中的每个处输出供电电压；

第二输出接线端子(1d; 10b)，其中能够在第一输出接线端子(1a, 1 b, 1c; 10a)与第二输出接线端子(1 d; 10b)之间连接充电设备(6)；以及

n个并联的供能分支，其分别耦合在第一输出接线端子(1a, 1 b, 1c; 10a)与第二输出接线端子(1 d; 10b)之间，其中所述供能分支中的每个都具有多个串联的储能器模块(3)，所述储能器模块分别包括：

储能器单池模块(5)，其具有至少一个储能器单池(5a, 5k)；以及

具有耦合元件(7a, 7b, 7c, 7d)的耦合设备(7)，所述耦合元件(7a, 7b, 7c, 7d)被设计为选择性地将储能器单池模块(5)接入到相应的供能分支中或桥接所述储能器单池模块(5)，

其中该方法(10)具有步骤：

确定(21)为储能器设备(1 ; 10)提供充电电压(UL)的充电设备(6)的最大可能的充电电压(Umax)；确定(22)供能分支的储能器单池模块(5)的最大数目，其中在所述最大数目的情况下，储能器单池模块(5)的、依赖于供能分支的所有储能器单池模块(5)的储能器单池(5a, 5k)的瞬时充电状态的输出电压之和仍然小于最大可能的充电电压(Umax)；以及

选择和操控(23)所述供能分支的储能器模块(3)的耦合元件(7a, 7b, 7c, 7d)，使得分别仅有所述最大数目的储能器单池模块(5)被耦合到所述供能分支中。

2.根据权利要求1所述的方法(20)，还具有步骤：

通过如下方式循环地交换(24a)分别耦合到所述供能分支中的储能器单池模块(5)：在预定时间周期中选择和操控所述供能分支的分别其他储能器模块(3)的耦合元件(7a, 7b, 7c, 7d)。

3.根据权利要求1和2之一所述的方法(20)，还具有步骤：

以可改变的占空度(t1; t2)来操控(24b)所述供能分支的另一未被选择的储能器模块(3)的耦合元件(7a, 7b, 7c, 7d)。

4.根据权利要求3所述的方法(20)，其中根据最大可能的充电电压(Umax)与储能器单池模块(5)的输出电压之和的差或者最小可能的充电电压(Umin)与储能器单池模块(5)的输出电压之和的差来确定可改变的占空度(t1; t2)。

5.根据权利要求1至4之一所述的方法(20)，还具有步骤：

在所述充电过程期间监视所述供能分支的所选择的储能器模块 (3)的输出电压；以及

如果在所选择的储能器单池模块(5)的输出电压之和超过所期望的充电电压，则减小供能分支的储能器单池模块(5)的所确定的最大数目。

6.根据权利要求5所述的方法(20)，其中减少储能器单池模块(5)的所确定的最大数目包括：将所述数目减少各一个储能器单池模块(5)。

7.根据权利要求1至6之一所述的方法(20)，还具有步骤：

在所述充电过程期间监视所述供能分支的所选择的储能器模块 (3)的输出电压；以及

操控其输出电压超过所期望的最终电压的储能器模块(3)的耦合元件(7a, 7b, 7c, 7d)，以用于在剩余的充电过程期间将储能器模块(3)持久地从所述供能分支中去耦合。

8.一种系统(100; 200; 300)，具有：

储能器设备(1 ; 10)，其具有：

n个第一输出接线端子(1a, 1 b, 1c; 10a)，其中n ≥ 1，其用于在所述输出接线端子(1 a, 1 b, 1 c; 10a)中的每个处输出供电电压；

第二输出接线端子(1d; 10b)，其中能够在第一输出接线端子(1a, 1b, 1c; 10a)与第二输出接线端子(1d; 10b)之间连接充电设备(6)；以及

n个并联的供能分支，其分别耦合在第一输出接线端子(1a, 1 b, 1c; 10a)与第二输出接线端子(1 d; 10b)之间，其中所述供能分支中的每个都具有多个串联的储能器模块(3)，所述储能器模块分别包括：

储能器单池模块(5)，其具有至少一个储能器单池(5a, 5k)，以及

具有耦合元件(7a, 7b, 7c, 7d)的耦合设备(7)，所述耦合元件(7a, 7b, 7c, 7d)被设计为选择性地将储能器单池模块(5)接入到相应的供能分支中或桥接所述储能器单池模块(5)；以及

控制设备（9），其与耦合设备(7)耦合并且被设计为执行根据权利要求1至7之一所述的用于对储能器单池模块(5)的储能器单池(5, 5k)进行充电的方法。

9.根据权利要求8所述的系统(100; 200; 300)，还具有：

充电设备(6)，其与所述n个第一输出接线端子(1a, 1b, 1c; 10a)和第二输出接线端子(1d; 10b)耦合，并且被设计为为储能器设备(1; 10)提供处于最小可能的充电电压(Umin)与最大可能的充电电压(Umax)之间的电压范围中的充电电压。

10.根据权利要求9所述的系统(100; 200; 300)，还具有：

转换设备(6a)，其耦合在充电设备(6)与所述n个第一接线端子(1a, 1b, 1c; 10a)之间并且被设计为将充电设备(6)选择性地与储能器设备(1; 10)断开。

11.根据权利要求8至10之一所述的系统(100; 200; 300)，其中耦合设备(7)包括全桥电路中的耦合元件(7a, 7b, 7c, 7d)。

12.根据权利要求8至10之一所述的系统(100; 200; 300)，其中耦合设备(7)包括半桥电路中的耦合元件(7a, 7c)。