CN107612054B - 用于给电网供应电能的电池组系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于给电网供应电能的电池组系统。该电池组系统包括：一个电池组，该电池组具有多个彼此并联的串联电路，所述串联电路分别具有一个电池组模块；多个分别被分配给所述串联电路之一的控制单元；以及一个控制装置。该控制装置被构造为：分别在电池组的放电开始时产生第一放电信号和/或在电池组的充电开始时产生第一充电信号并且将它们提供给控制单元。所述控制单元中的每个控制单元都被构造为：分别在存在第一放电信号的情况下以线性运行或接通运行来运行被分配给相应的控制单元的串联电路的第一半导体开关和/或在存在第一充电信号的情况下以线性或接通运行来运行被分配给相应的控制单元的串联电路的第二半导体开关。

Description

用于给电网供应电能的电池组系统
技术领域
本发明涉及一种用于给电网供应电能的电池组系统，其中所述电池组系统包括具有多个并联的串联电路的电池组，所述串联电路具有多个电池组模块。此外，本发明还涉及一种用于给这种电池组系统的电池组放电和/或充电的方法。
背景技术
从现有技术公知如下电池组系统，所述电池组系统分别包括电池组模块的串联电路。这种电池组模块分别包括多个电池组电池的并联电路。在构造所述公知的电池组系统时，注意在其中所使用的电池组电池、尤其是这些电池组电池的容量的高度一致性。
文件US2012/0243130描述了一种电池组系统，所述电池组系统具有多个串联的电池组模块和多个切换单元。所述电池组模块分别包括多个能彼此并联的电池组电池以及第一和第二接线端子。每个电池组模块的电池组电池分别包括第一接线端子和第二接线端子，所述第一接线端子与相应的电池组模块的第一接线端子连接，所述第二接线端子分别通过所述切换单元中的一个与相应的电池组模块的第二接线端子连接。所述切换单元中的每个切换单元都包括第一和第二金属氧化物场效应晶体管，即MOSFET，所述第一和第二金属氧化物场效应晶体管彼此串联。每个切换单元的第一MOSFET都包括如下寄生二极管，所述寄生二极管朝第一方向导通而朝第二方向不导通。每个切换单元的第二MOSFET都包括如下寄生二极管，所述寄生二极管朝第二方向导通而朝第一方向不导通。此外，该电池组系统还包括控制装置，所述控制装置选择性地断开或闭合所述切换单元。
发明内容
按照本发明，提供了一种用于给电网供应电能的电池组系统。该电池组系统包括具有多个彼此并联的串联电路的电池组。所述串联电路分别包括电池组模块、第一并联电路以及第二并联电路，所述串联电路中的每个串联电路的第一并联电路都包括第一半导体开关和第一二极管。每个串联电路的第一二极管的导通方向都与电池组的充电方向一致。每个串联电路的第二并联电路都包括第二半导体开关和第二二极管。每个串联电路的第二二极管的导通方向都与电池组的放电方向一致。此外，该电池组系统还包括多个分别被分配给所述串联电路之一的控制单元和一个控制装置。该控制装置被构造为：分别在电池组的放电开始时产生第一放电信号和/或在电池组的充电开始时产生第一充电信号并且将所述第一放电信号和/或所述第一充电信号提供给控制单元。所述控制单元中的每个控制单元都被构造为：在存在第一放电信号的情况下分别以线性运行来使被分配给相应的控制单元的串联电路的第一半导体开关运行。可替换地或附加地，每个控制单元都被构造为：在存在第一充电信号的情况下分别以线性运行来使被分配给相应的控制单元的串联电路的第二半导体开关运行。
在该电池组系统中，在电池组的放电和/或充电开始时，通过以线性运行来使所述串联电路的第一和/或第二半导体开关相应地运行，将所述串联电路的电池组模块接成电池组。在这种情况下，所述串联电路的第一和/或第二半导体开关分别以线性运行来运行并且不是简单地“硬(hart)”接通。由此，每个在放电和/或充电期间流经所述串联电路并且因此流经所述电池组模块的电流的电流值从一开始就被限制。以这种方式避免了在各个电池组模块之间流动的具有高电流值的补偿电流的出现。这种具有高电流值的补偿电流可导致所述串联电路的以及因此所述电池组的各个电池组模块的过早的损坏。因此，通过避免这种补偿电流，避免了电池组的过早的损坏并且因此也避免了电池组系统的过早的损坏。由此，提高了该电池组系统的总寿命。在这种情况下应考虑的是：所述串联电路的每个以线性运行来运行的半导体开关都处在导通的状态下，在所述导通的状态下，相应的半导体开关具有其导通区间的线性的电流-电压特性曲线。
在下文示出了本发明的优选的扩展方案。
优选地，所述串联电路的每个半导体开关都以场效应晶体管、尤其是MOSFET的形式来构造。
优选地，控制装置实施在所述控制单元之一中。进一步优选地，每个控制单元都是一个电池组模块管理系统，用于监控被分配给相应的控制单元的串联电路的电池组模块的状态。
按照本发明的一个优选的扩展方案，控制装置被构造为：在存在由电网发送的用于开始将存储在电池组中的电能以要通过放电来执行的方式馈入到电网中的第一请求的情况下产生第一放电信号，并且将其提供给控制单元。可替换地或附加地，控制装置被构造为：分别在存在由电网发送的用于开始将存储在电网中的电能以要通过充电来执行的方式馈入到电池组中的第二请求的情况下产生第一充电信号，并且将其提供给控制单元。
优选地，电网包括能与电池组并联的中间电路电容器。进一步优选地，该电网包括逆变器和电机。该逆变器在输入侧与电池组连接而在输出侧与电机连接，而且优选地被设置用于驱动车辆。
优选地，所述第一请求是由逆变器发送的功率请求。进一步优选地，所述第二请求是由逆变器发送的能量回馈请求。优选地，当电机处在能量回馈模式下时，这种能量回馈请求才由逆变器来发送。在这种能量回馈模式期间，附在电池组上并且尤其是附在中间电路电容器上的电池组电压大于所述串联电路的电池组模块的每个开路电压。因此，在这种情况下，每个电池组模块都已经在充电开始时被充电。
按照本发明的一个优选的扩展方案，控制装置被构造为：分别在放电开始时产生第二放电信号和/或在充电开始时产生第二充电信号和/或在充电期间产生第三充电信号，并且将所述第二放电信号和/或所述第二充电信号和/或所述第三充电信号提供给控制单元。每个控制单元都被构造为：分别在存在第二放电信号的情况下将被分配给相应的控制单元的串联电路的第二半导体开关转变到不导通的状态下，和/或在存在第二充电信号的情况下将被分配给相应的控制单元的串联电路的第一半导体开关转变到不导通的状态下。可替换地或附加地，每个控制单元都被构造为：在存在第三充电信号的情况下将被分配给相应的控制单元的串联电路的第一半导体开关转变到导通的状态下或者以线性运行来运行所述第一半导体开关。
只要在放电期间所述串联电路的第二半导体开关处在不导通的状态下，在放电期间就可以只由朝相应的串联电路的第二二极管的导通方向并且因此朝电池组的放电方向流动的电流来流经每个串联电路。因此，所述串联电路在放电期间通过所述串联电路的第二二极管彼此去耦合，使得排除了在放电期间发生的在所述串联电路的各个电池组模块之间的补偿电流的出现。
只要在充电期间所述串联电路的第一半导体开关处在不导通的状态下，在充电期间就可以只由朝相应的串联电路的第一二极管的导通方向并且因此朝电池组的充电方向流动的电流来流经每个串联电路。因此，所述串联电路在充电期间通过所述串联电路的第一二极管彼此去耦合，使得排除了在充电期间发生的在所述串联电路的各个电池组模块之间的补偿电流的出现。
只要在充电期间所述串联电路的第一半导体开关接通，在充电期间每个串联电路的第一半导体开关就与相应的串联电路的第一二极管并联。由此，在充电期间有电流流经每个串联电路，所述电流不仅仅流经相应的串联电路的第一二极管，而且所述电流在相应的串联电路的第一二极管与第一半导体开关之间被分配。由此，使得对电能的在充电期间由于所述串联电路的第一二极管引起的损耗最小化。
按照本发明的一个优选的扩展方案，每个控制单元都被构造为：测量被分配给相应的控制单元的串联电路的电池组模块的开路电压并且将其提供给控制装置。在此，控制装置被构造为：依据对所述串联电路的电池组模块的开路电压的分析来标识出所述电池组模块中的其开路电压等于所述开路电压中的最大开路电压的第一电池组模块。可替换地或附加地，控制装置被构造为：依据对电池组模块的开路电压的分析来标识出所述电池组模块中的其开路电压小于所述最大开路电压的每个第二电池组模块。
按照本发明的一个优选的扩展方案，控制装置被构造为：在放电开始时的或者在放电期间出现的第一时间点产生第三放电信号并且将其提供给被分配给具有第一电池组模块的串联电路的控制单元。在此，被分配给具有第一电池组模块的串联电路的控制单元被构造为：在存在第三放电信号的情况下将具有第一电池组模块的串联电路的第二半导体开关转变到导通的状态下或者以线性运行来运行所述第二半导体开关。
由于在放电期间接通具有第一电池组模块的串联电路的第二半导体开关，实现了使得对电能的在充电期间由于具有第一电池组模块的串联电路的第二二极管引起的损耗最小化。在第一时间点之前，每个第二电池组模块的开路电压小于第一电池组模块的开路电压，而且首先也小于附在电池组以及尤其是中间电路电容器上的电压。因此，在第一时间点之前，具有所述电池组模块中的第二电池组模块的每个串联电路的第二二极管处在不导通的状态下。由此，避免了在第一电池组模块与每个第二电池组模块之间并且尤其是也在中间电路电容器与每个第二电池组模块之间的朝充电方向流动的补偿电流的出现。换句话说，在第一时间点之前，每个具有较小的开路电压的第二电池组模块都与具有最大开路电压的第一电池组模块以及尤其是也与中间电路电容器通过具有相应的第二电池组模块的串联电路的第二二极管去耦合。
按照本发明的一个优选的扩展方案，每个控制单元都被构造为：在放电期间测量附在被分配给相应的控制单元的串联电路的电池组模块上的电压。此外，每个控制单元都被构造为：将所测量的电压和被分配给相应的控制单元的串联电路的第二二极管的正向电压提供给控制装置。在此，控制装置被构造为：在放电期间测量附在电池组上的电池组电压。此外，控制装置还被构造为：针对每个第二电池组模块确定附在相应的第二电池组模块上的电压与具有相应的第二电池组模块的串联电路的第二二极管的正向电压之和，所述和被分配给相应的第二电池组模块。此外，控制装置还被构造为：在被分配给相应的第二电池组模块的并且在放电期间出现的其中电池组电压低于所述被分配给相应的第二电池组模块的和的第二时间点，针对每个第二电池组模块产生被分配给所述第二电池组模块的第四放电信号。此外，控制装置被构造为：针对每个第二电池组模块将被分配给所述第二电池组模块的第四放电信号提供给如下控制单元，所述控制单元被分配给具有相应的第二电池组模块的串联电路。此外，每个被分配给具有所述电池组模块中的第二电池组模块的串联电路的控制单元都被构造为：在存在被分配给相应的第二电池组模块的第四放电信号的情况下将具有相应的第二电池组模块的串联电路的第二半导体开关转变到导通的状态下或者以线性运行来运行所述第二半导体开关。
在之前所描述的电池组系统中，在放电期间，在被分配给相应的电池组模块的第二时间点接通具有所述第二电池组模块之一的每个串联电路的第二半导体开关。由此实现了：电能的在充电期间由于具有所述电池组模块中的第二电池组模块的每个串联电路的第二二极管引起的损耗被最小化。
在这种情况下应考虑：由于电网的第一请求或者逆变器的功率请求，出现朝放电方向流经第一电池组模块并且从第一电池组模块继续流到逆变器的电流。由于该电流并且由于第一电池组模块的有限的内阻，出现附在第一电池组模块上、附在电池组上并且尤其是也附在中间电路电容器上的电压，所述电压小于第一电池组模块的开路电压。如果附在电池组上并且尤其是也附在中间电路电容器上的电压低于附在所述电池组模块中的第二电池组模块上的电压与具有相应的第二电池组模块的串联电路的第二二极管的正向电压之和，那么具有相应的第二电池组模块的串联电路的第二二极管处在导通的状态下。在这种情况下，朝放电方向流经电池组的电流在第一电池组模块与相应的第二电池组模块之间根据第一电池组模块和相应的第二电池组模块的开路电压和内阻来分配。由此，在这种情况下避免了朝充电方向流经电池组的补偿电流的出现。在这种情况下应考虑：在之前描述的电池组系统的寿命期间在所述电池组模块的开路电压之间出现区别。这种区别可能由于不同的老化状态、不同的充电状态或者制造偏差而引起。出于该原因，电池组的所有电池组模块的并联电路可能会由于同时接通所述串联电路的所有半导体开关而导致流经电池组的具有高电流值的补偿电流并且导致电池组模块的损坏。
按照本发明的一个优选的扩展方案，控制装置被构造为：在放电期间测量流经电池组的电流。此外，控制装置还被构造为：针对每个第二电池组模块，在被分配给相应的第二电池组模块的并且在放电期间出现的第三时间点产生被分配给相应的第二电池组模块的第五放电信号。此外，控制装置还被构造为：针对每个第二电池组模块，将被分配给所述第二电池组模块的第五放电信号提供给如下控制单元，所述控制单元被分配给具有相应的第二电池组模块的串联电路。在此，被分配给每个第二电池组模块的第三时间点是如下时间点，在所述时间点，电池组电流的电流值达到或低于被分配给相应的第二电池组模块的第一电流极限值。此外，每个被分配给具有所述电池组模块中的第二电池组模块的串联电路的控制单元都被构造为：在存在被分配给相应的第二电池组模块的第五放电信号的情况下，将具有相应的第二电池组模块的串联电路的第二半导体开关转变到不导通的状态下。
在之前描述的电池组系统中，在放电期间从电池组流到电网或者从电池组流到逆变器的电流的降低导致了附在电池组上并且尤其是也附在中间电路电容器上的电池组电压的提高。于是，由于这种提高，电池组电压可能超过附在所述电池组模块中的第二电池组模块上的电压与具有相应的电池组模块的串联电路的第二二极管的正向电压之和。如果在这种情况下接通具有相应的第二电池组模块的串联电路的第二半导体开关，那么在中间电路电容器与相应的电池组模块之间会出现朝充电方向流动的补偿电流。为了避免这种补偿电流，在被分配给相应的第二电池组模块的并且之前描述的第三时间点，将具有所述电池组模块中的第二电池组模块的每个串联电路的第二半导体开关转变到不导通的状态下。如果具有所述电池组模块中的第二电池组模块的串联电路的第二半导体开关重新处在不导通的状态下，那么相应的第二电池组模块通过具有相应的电池组模块的串联电路的第二二极管与电池组并且尤其是也与中间电路电容器去耦合。因此，不再有电流流过相应的第二电池组模块。在这种情况下，电网或逆变器仍只由第一电池组模块并且必要时也由每个第二电池组模块来供应电能，所述第二电池组模块通过具有相应的第二电池组模块的串联电路的第二半导体开关仍接到电池组上。
按照本发明的一个优选的扩展方案，每个控制单元都被构造为：在放电和/或充电期间测量被分配给相应的控制单元的串联电路的电池组模块的至少一个运行参数。在此，所述串联电路的每个电池组模块的至少一个运行参数包括：流经相应的电池组模块的电流和/或附在相应的电池组模块上的电压和/或相应的电池组模块的温度。
按照本发明的一个优选的扩展方案，每个控制单元都被构造为：在放电期间并且在存在被分配给相应的控制单元的第一条件的情况下，将被分配给相应的控制单元的串联电路的第一半导体开关转变到不导通的状态下。当被分配给相应的控制单元的串联电路的电池组模块的至少一个运行参数的参数值达到或超过针对相应的电池组模块在放电期间容许的参数极限值时，才存在被分配给每个控制单元的第一条件。以这种方式，在放电期间提高了电池组的运行安全性。可替换地或附加地，每个控制单元都被构造为：在充电期间并且在存在被分配给相应的控制单元的第二条件的情况下，将被分配给相应的控制单元的串联电路的第二半导体开关转变到不导通的状态下。当被分配给相应的控制单元的串联电路的电池组模块的至少一个运行参数的参数值达到或超过针对相应的电池组模块在充电期间容许的参数极限值时，才存在被分配给每个控制单元的第二条件。以这种方式，也在充电期间提高了电池组的运行安全性。
在之前描述的电池组系统中有利的是，所述电池组模块可以以在能量方面有利的方式彼此并联。在此，不需要使用花费高的功率电子装置，所述功率电子装置例如包括接在所述电池组模块之间的直流电压转换器。此外，之前描述的电池组系统还能够使电能的损耗最小化，因为电能的与花费高的功率电子装置相关联的大的损耗首先完全不出现。通过将各个电池组模块智能地并且根据在放电或充电方向上出现的负载来实现地接成电池组，可以以尽可能小的老化效应以及最大的电能产量来执行对电池组模块的加负载。
在之前描述的电池组系统中也有利的是：在电池组中，具有不同的特性的电池组模块可以彼此并联。这样，所述电池组模块例如可具有不同的充电容量、充电状态、老化状态、充电和放电电流以及充电和放电最终电压。
由于所述电池组模块可以在放电期间借助于第一半导体开关和/或在充电期间借助于第二半导体开关接成电池组并且可以从该电池组去耦合，该电池组的各个电池组模块也可以在运行时予以更换。由此，之前描述的电池组系统的这种由于电池组模块更换而出现的维修成本可以降低或者也可以在模块化电池组系统中得到应用。
此外，由于所述电池组模块可以在放电期间借助于第一半导体开关和/或在充电期间借助于第二半导体开关接成电池组并且可以从该电池组去耦合，还能够实现的是：所述电池组模块在系统复合体中保持活跃。以这种方式，该电池组的电池组模块即使在电网或逆变器的请求快速改变时也可以以适当的方式提供和/或吸收电能。换句话说，具有较低的充电状态的电池组模块也可以被放电，和/或具有较高的充电状态的电池组模块也可以被充电。
此外，由于所述电池组模块可以在放电期间借助于第一半导体开关和/或在充电期间借助于第二半导体开关接成电池组并且可以从该电池组去耦合，还能够实现的是：该电池组的各个电池组模块都可以有针对性地被放电和/或被充电。
因为该电池组的各个电池组模块也可以在该电池组运行时被更换，所以之前描述的电池组系统尤其是在60V的接触电压之下的电压电平的情况下可以容易地被用在车辆中。
本发明的另一方面涉及一种用于给之前描述的电池组系统的电池组充电和/或放电的方法。该方法包括：通过以线性运行来运行每个串联电路的第一半导体开关来开始电池组的放电。可替换地或附加地，该方法包括：通过以线性运行来运行每个串联电路的第二半导体开关来开始电池组的充电。
附图说明
随后，本发明的实施例参考随附的附图详细地予以描述。针对相同的部件和参数分别使用相同的附图标记。每个部件以及每个参数都分别被介绍一次，并且在有重复时分别被处理成已经知道了地、与分别相对应的描述部分(在所述描述部分中相对应的部件或相对应的参数有重复)出现在哪个附图上无关地来援引。在附图中：
图1是按照本发明的第一实施方式的具有电池组系统的装置；而
图2是电池组系统的电池组的电池组模块的多个开路电压-充电状态特性曲线。
具体实施方式
图1示出了按照本发明的第一实施方式的具有电池组系统10的装置1。电池组系统10包括电池组20，所述电池组20具有多个彼此并联的串联电路30、40。电池组20包括正接线端子11和负接线端子12。所述串联电路30、40中的每个串联电路都接在电池组20的正接线端子11与负接线端子12之间。为了简化图示，在图1中曾只绘制了所述多个串联电路30、40中的第一串联电路30和第二串联电路40。
所述串联电路30、40中的每个串联电路都分别包括一个电池组模块31、41。每个电池组模块31、41包括多个串联的电池组电池。尤其是，所述串联电路30、40的每个电池组模块31、41是具有多个串联的锂离子电池组电池的锂离子电池组模块。为了简化图示，在图1中不曾给串联电路30、40的电池组模块31、41的电池组电池配备附图标记。第一串联电路30的也被称作第一电池组模块31的电池组模块31具有如下开路电压，所述开路电压大于第二串联电路40的也被称作第二电池组模块41的电池组模块41的开路电压。
此外，每个串联电路30、40还包括第一并联电路和第二并联电路，所述第一并联电路具有第一半导体开关32、42和第一二极管33、43，所述第二并联电路具有第二半导体开关34、44和第二二极管35、45。每个串联电路30、40的电池组模块31、41与第一和第二并联电路串联。所述串联电路30、40的每个并联电路的半导体开关32、34、42、44和二极管33、35、43、45彼此并联。所述串联电路30、40的每个电池组模块31、41都通过它的两个接线端子中的负接线端子与电池组10的负接线端子12连接，并且通过它的两个接线端子中的正接线端子以及通过具有相应的电池组模块31、41的串联电路30、40的第一和第二并联电路与电池组20的正接线端子11连接。可替换地，每个电池组模块31、41都可以通过它的正接线端子与电池组20的正接线端子11连接，并且通过它的负接线端子以及通过具有相应的电池组模块31、41的串联电路30、40的第一和第二并联电路与电池组20的负接线端子12连接。为了简化图示，在图1中不曾给串联电路30、40的第一和第二并联电路以及电池组模块31、41的接线端子配备附图标记。
每个串联电路30、40的第一二极管33、43都具有与电池组20的充电方向一致的导通方向。电池组20的充电方向与每个电池组模块31、41的充电方向一致。每个串联电路30、40的第二二极管35、45具有与电池组20的放电方向一致的导通方向。电池组20的放电方向与每个电池组模块31、41的放电方向一致。每个串联电路30、40的第一半导体开关32、42都例如被构造为n沟道MOSFET。每个串联电路30、40的第一半导体开关32、42例如包括栅极接线端子、源极接线端子以及与相应的串联电路30、40的电池组模块31、41的正接线端子连接的漏极接线端子。每个串联电路30、40的第二半导体开关35、45都例如被构造为n沟道MOSFET。每个串联电路30、40的第二半导体开关34、44例如包括栅极接线端子、与电池组20的正接线端子11连接的漏极接线端子以及如下源极接线端子，所述源极接线端子与相应的串联电路30、40的第一半导体开关32、42的源极接线端子连接。为了简化图示，在图1中不曾给所述串联电路30、40的每个半导体开关32、34、42、44的栅极接线端子、漏极接线端子以及源极接线端子配备附图标记。
此外，电池组系统10还包括多个分别被分配给所述串联电路30、40之一的控制单元50、60。所述控制单元50、60中的每个控制单元例如都被构造为电池组模块管理系统，用于监控被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的电池组模块31、41的状态。每个控制单元50、60都被构造为：测量被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的至少一个运行参数。为此，每个控制单元50、60都通过至少一个感测线51、61与被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的电池组模块31、41连接。每个电池组模块31、41的所述至少一个运行参数包括：附在相应的电池组模块31、41上的电压，和/或流经相应的电池组模块31、41的电流，和/或相应的电池组模块31、41的温度。此外，每个控制单元50、60都被构造为：控制被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的第一和第二半导体开关32、42、34、44。为此，每个控制单元50、60都与被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的每个半导体开关32、34、42、44的栅极接线端子连接。
此外，电池组系统10还包括控制单元50、60上级的控制装置70，所述控制装置70执行也被称作主机控制设备的上级控制设备的功能并且包含针对电池组系统10的主控制功能。于是，控制单元50、60分别承担也被称作从机控制设备的下级控制设备的功能。可替换地，控制装置70也可以被实施成所述控制单元50、60之一。控制装置70被构造为：测量至少一个附在电池组10上的电池组电压以及至少一个流经电池组10的电池组电流。
控制单元50、60彼此连接并且通过数据线71与控制装置70连接。
此外，所述装置1还包括电网80，所述电网80具有中间电路电容器81、逆变器82以及例如被构造用于驱动车辆(未示出)的电机83。中间电路电容器81与电池组20并联。逆变器82在输入侧与中间电路电容器81连接，而在输出侧与电机83连接，而且被构造为：将附在电池组20以及中间电路电容器81上的电池组电压转换为交变电压并且将所述交变电压提供给电机83。
控制装置70被构造为：在存在由电网80发送的用于开始将存储在电池组20中的电能以要通过电池组电池20的放电来执行的方式馈入到电网80中的第一请求的情况下，产生第一放电信号并且将其提供给控制单元50、60。例如，所述第一请求是由逆变器82发送的功率请求。每个控制单元50、60都被构造为：在存在第一放电信号的情况下，分别以线性运行或者也以接通运行来使被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的第一半导体开关32、42运行。此外，控制装置70还被构造为：也与第一放电信号同时地产生第二放电信号并且将其提供给控制单元50、60。此外，每个控制单元50、60还被构造为：在存在第二放电信号的情况下，分别将被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的第二半导体开关34、44转变到不导通的状态下。
在放电开始时，每个串联电路30、40的电池组模块31、41都通过第一半导体开关32、42以及相应的串联电路30、40的第二二极管35、45接成电池组20，使得电机83已经可以在放电开始时从电池组20提取电能。
此外，每个控制单元50、60还被构造为：测量被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的电池组模块31、41的开路电压并且将其提供给控制装置70。此外，控制装置70还被构造为：依据对电池组模块31、41的开路电压的分析来标识出如下第一电池组模块31和如下第二电池组模块41，所述第一电池组模块31的开路电压等于所述开路电压中的最大开路电压，所述第二电池组模块41的开路电压小于所述最大开路电压。
此外，控制装置70还被构造为：在放电期间在放电开始之后直接出现的第一时间点，产生第三放电信号并且将其提供给被分配给第一串联电路30并且也被称作第一控制单元50的控制单元50。第一控制单元50被构造为：在存在第三放电信号的情况下，将第一串联电路30的第二半导体开关34转变到导通的状态下或者以线性运行来运行第一串联电路30的第二半导体开关34。
在第一时间点之前，所述串联电路30、40的第一半导体开关32、42接通而所述串联电路30、40的第二半导体开关34、44截止。因此，在第一时间点之前，有电流朝放电方向只流过具有最大开路电压的第一电池组模块31、第一半导体开关32和第一串联电路30的第二二极管35。通过在第一时间点接通第一串联电路30的第二半导体开关34，流过第一电池组模块31的电流将在第一串联电路30的第二半导体开关34和第二二极管35之间进行分配。以这种方式，减少了在放电期间由第一串联电路30的第二二极管35造成的对电能的损耗。
在第一时间点，附在电池组20上并且附在中间电路电容器81上的电池组电压大于附在第二电池组模块41上的开路电压，使得没有电流能朝放电方向流过第二电池组模块41。在第一时间点，第二电池组模块41通过第二串联电路40的第二二极管45与第一电池组模块31和中间电路电容器81去耦合，使得也没有电流能朝充电方向流过第二电池组模块41。
此外，每个控制单元50、60还被构造为：在放电期间，测量附在被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的电池组模块31、41上的电压，并且将所测量的电压以及被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的第二二极管35、45的正向电压提供给控制装置70。此外，控制装置70还被构造为：在放电期间，测量附在电池组20上的电池组电压并且确定附在第二电池组模块41上的电压与第二串联电路40的第二二极管45的正向电压之和，所述和被分配给第二电池组模块41。此外，控制装置70还被构造为：在被分配给第二电池组模块41并且在放电期间出现的第二时间点，产生被分配给第二电池组模块41的第四放电信号并且将其提供给被分配给第二串联电路40的并且也被称作第二控制单元60的控制单元60。在第二时间点，电池组电压低于所述被分配给第二电池组模块41的和。第二控制单元60被构造为：在存在第四放电信号的情况下，将第二串联电路40的第二半导体开关44转变到导通的状态下或者以线性运行来运行第二串联电路40的第二半导体开关44。
通过在第二时间点接通第二串联电路40的第二半导体开关44，减少了在放电期间由第二串联电路40的第二二极管45造成的对电能的损耗。在第二时间点，附在电池组20和中间电路电容器81上的电池组电压小于附在第二电池组模块41上的电压与第二串联电路40的第二二极管45的正向电压之和。因此，在第二时间点，第二串联电路40的第二二极管45导通，使得有电流朝放电方向流过第二电池组模块41。
此外，控制装置70还被构造为：在放电期间，测量流经电池组20的电流。此外，控制装置70还被构造为：在放电期间，在被分配给第二电池组模块41并且在放电期间出现的第三时间点，产生被分配给第二电池组模块41的第五放电信号并且将其提供给第二控制单元60。在第三时间点，电池组电流的电流值达到或低于被分配给第二电池组模块41的第一电流极限值。在这种情况下，电池组电流的电流值达到或低于所述第一电流极限值导致：电池组电压达到或超过附在第二电池组模块41上的电压与第二串联电路40的第二二极管45的正向电压之和。第二控制单元60被构造为：在存在第五放电信号的情况下，将第二串联电路40的第二半导体开关44转变到不导通的状态下。
在第三时间点，附在电池组20和中间电路电容器81上的电池组电压大于或等于附在第二电池组模块41上的电压与第二串联电路40的第二二极管45的正向电压之和。如果第二串联电路40的第二半导体开关44在第三时间点会保持接通，那么可能会有电流朝充电方向流过第二半导体模块40。通过在第三时间点使第二串联电路40的第二半导体开关44截止，实现了没有电流能朝充电方向流过第二电池组模块41。
由于在放电期间至少所述串联电路30、40的第一半导体开关32、42以线性运行来运行，实现了在放电期间限制每个朝放电方向流过电池组模块31、41的电流的电流值。
此外，控制装置70还被构造为：在存在由电网80发送的用于开始将存储在电网80中的电能以要通过电池组电池20的充电来执行的方式馈入到电池组20中的第二请求的情况下，产生第一充电信号并且将其提供给控制单元50、60。例如，所述第二请求是由逆变器82发送的能量回馈请求。每个控制单元50、60都被构造为：在存在第一充电信号的情况下，分别以线性运行来运行被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的第二半导体开关34、44。控制装置70尤其是被构造为：在充电开始时，产生第二充电信号并且将其提供给控制单元50、60。每个控制单元50、60尤其是都被构造为：在存在第二充电信号的情况下，将被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的第一半导体开关32、42转变到不导通的状态下。
在电机83的能量回馈模式或回收模式期间发送能量回馈请求。在电机83的能量回馈模式期间，附在电池组20和中间电路电容器81上的电池组电压大于每个电池组模块31、41的开路电压。在这种情况下，在充电开始时，每个电池组模块31、41已经被充电。
此外，控制装置70还被构造为：在放电期间，产生第三充电信号并且将其提供给控制单元50、60。每个控制单元50、60都被构造为：在存在第三充电信号的情况下，将被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的第一半导体开关32、42转变到导通的状态下或者以线性运行来运行被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的第一半导体开关32、42。
通过在充电期间接通串联电路30、40的第一半导体开关32、42，减少了由串联电路30、40的第一二极管45在充电期间造成的对电能的损耗。
由于在充电期间至少所述串联电路30、40的第二半导体开关34、44以线性运行来运行，实现了在充电期间限制每个朝充电方向流过电池组模块31、41的电流的电流值。
此外，每个控制单元50、60还被构造为：在放电和/或充电期间测量被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的电池组模块31、41的至少一个运行参数。此外，每个控制单元50、60还被构造为：在放电期间并且在存在所测量的至少一个运行参数的参数值(所述参数值达到或超过针对相应的电池组模块31、41的在放电期间容许的参数极限值)的情况下，将被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的第一半导体开关32、42转变到不导通的状态下。可替换地或附加地，每个控制单元50、60还被构造为：在充电期间并且在存在所测量的至少一个运行参数的参数值(所述参数值达到或超过针对相应的电池组模块31、41的在充电期间容许的参数极限值)的情况下，将被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的第二半导体开关34、44转变到不导通的状态下。
每个控制单元50、60尤其是被构造为：依据相应的电池组模块31、41的开路电压以及相应的电池组模块31、41的开路电压-充电状态特性曲线，确定被分配给相应的控制单元50、60的串联电路30、40的电池组模块31、41的充电状态，并且将其提供给控制装置70。控制装置70尤其是被构造为：依据对电池组模块31、41的充电状态的分析，产生用于控制所述串联电路30、40中的至少一个串联电路的第一和/或第二半导体开关32、34、42、44的控制信号，并且将所述控制信号提供给至少一个控制单元50、60，所述至少一个控制单元50、60被分配给至少一个串联电路30、40。依据这些控制信号，例如可以有针对性地给所述至少一个串联电路30、40的至少一个电池组模块31、41放电和/或充电。
图2示出了第一电池组模块31的开路电压-充电状态特性曲线K1，所述开路电压-充电状态特性曲线K1说明了第一电池组模块31根据第一电池组模块31的充电状态的开路电压。此外，图2还示出了第二电池组模块41的开路电压-充电状态特性曲线K2，所述开路电压-充电状态特性曲线K2说明了第二电池组模块41根据第二电池组模块41的充电状态的开路电压。在图2中用U来表示如下轴，所述轴说明了第一和第二电池组模块31、41的开路电压可以取的值。在图2中用LZ来表示如下轴，所述轴说明了第一和第二电池组模块31、41的充电状态可以取的值。
从图2中可见：第一和第二电池组模块31、41的充电状态可以分别取在0到1之间的值。此外，从图2中还可见：对于所述第一和第二电池组模块31、41的充电状态的每个不同于零的值来说，第一电池组模块31的开路电压大于第二电池组模块41的开路电压。
就此，除了在上文的书面的公开内容之外，为了进一步公开本发明而补充性地参考在图1和2中的图示。

Claims (8)

1.一种用于给电网(80)供应电能的电池组系统(10)，其中，所述电池组系统(10)包括电池组(20)，所述电池组具有多个彼此并联的串联电路(30、40)，其中所述串联电路(30、40)中的每个串联电路都包括：电池组模块(31、41)、具有第一半导体开关(32、42)和第一二极管(33、43)的第一并联电路以及具有第二半导体开关(34、44)和第二二极管(35、45)的第二并联电路，其中每个串联电路(30、40)的第一二极管(33、43)的导通方向与所述电池组(20)的充电方向一致，而且每个串联电路(30、40)的第二二极管(35、45)的导通方向与所述电池组(20)的放电方向一致，
其特征在于：
多个分别被分配给所述串联电路(30、40)之一的控制单元(50、60)以及一个控制装置(70)，所述控制装置(70)被构造为：分别在所述电池组(20)的放电开始时产生第一放电信号和/或在所述电池组(20)的充电开始时产生第一充电信号并且将所述第一放电信号和/或所述第一充电信号提供给所述控制单元(50、60)，其中所述控制单元(50、60)中的每个控制单元都被构造为：分别在存在所述第一放电信号的情况下以线性运行来运行被分配给相应的控制单元(50、60)的串联电路(30、40)的第一半导体开关(32、42)和/或在存在所述第一充电信号的情况下以线性运行来运行被分配给相应的控制单元(50、60)的串联电路(30、40)的第二半导体开关(34、44)，
其中每个控制单元(50、60)都被构造为：测量被分配给相应的控制单元(50、60)的串联电路(30、40)的电池组模块(31、41)的开路电压并且将其提供给所述控制装置(70)，其中所述控制装置(70)被构造为：依据对所述串联电路(30、40)的电池组模块(31、41)的开路电压的分析来标识出所述电池组模块(31、41)中的其开路电压等于所述开路电压中的最大开路电压的第一电池组模块和/或所述电池组模块(31、41)中的其开路电压小于所述最大开路电压的每个第二电池组模块，
其中每个控制单元(50、60)都被构造为：在放电期间，测量附在被分配给相应的控制单元(50、60)的串联电路(30、40)的电池组模块(31、41)上的电压，而且将所测量的电压和被分配给相应的控制单元(50、60)的串联电路(30、40)的第二二极管(35、45)的正向电压提供给所述控制装置(70)，其中所述控制装置(70)被构造为：在放电期间测量附在所述电池组(20)上的电池组电压，而且针对每个第二电池组模块(41)确定附在相应的第二电池组模块(41)上的电压与具有所述相应的第二电池组模块(41)的串联电路(40)的第二二极管(45)的正向电压之间的被分配给所述相应的第二电池组模块(41)的和，而且在被分配给所述相应的第二电池组模块(41)的并且在放电期间出现的其中所述电池组电压低于所述被分配给相应的第二电池组模块(41)的和的第二时间点，针对每个第二电池组模块(41)产生被分配给所述第二电池组模块(41)的第四放电信号并且将其提供给如下控制单元(60)，所述控制单元被分配给具有所述相应的第二电池组模块(41)的串联电路(40)，其中每个被分配给具有所述电池组模块(31、41)中的第二电池组模块的串联电路(40)的控制单元(60)都被构造为：在存在被分配给所述相应的第二电池组模块(41)的第四放电信号的情况下，将具有所述相应的第二电池组模块(41)的串联电路(40)的第二半导体开关(44)转变到导通的状态下或者以线性运行来运行所述第二半导体开关。
2.根据权利要求1所述的电池组系统(10)，其特征在于，所述控制装置(70)被构造为：分别在存在由所述电网(80)发送的用于开始将存储在所述电池组(20)中的电能以要通过放电来执行的方式馈入到所述电网(80)中的第一请求的情况下产生所述第一放电信号和/或在存在由所述电网(80)发送的用于开始将存储在所述电网(80)中的电能以要通过充电来执行的方式馈入到所述电池组(20)中的第二请求的情况下产生所述第一充电信号，并且将所述第一放电信号和/或所述第一充电信号提供给所述控制单元(50、60)。
3.根据权利要求1或2所述的电池组系统(10)，其特征在于，所述控制装置(70)被构造为：分别在放电开始时产生第二放电信号和/或在充电开始时产生第二充电信号和/或在充电期间产生第三充电信号，并且将所述第二放电信号和/或所述第二充电信号和/或所述第三充电信号提供给所述控制单元(50、60)，其中每个控制单元(50、60)都被构造为：在存在所述第二放电信号的情况下将被分配给相应的控制单元(50、60)的串联电路(30、40)的第二半导体开关(34、44)转变到不导通的状态下，和/或在存在所述第二充电信号的情况下将被分配给相应的控制单元(50、60)的串联电路(30、40)的第一半导体开关(32、42)转变到不导通的状态下，和/或在存在所述第三充电信号的情况下将被分配给相应的控制单元(50、60)的串联电路(30、40)的第一半导体开关(32、42)转变到导通的状态下或者以线性运行来运行所述第一半导体开关。
4.根据权利要求1或2所述的电池组系统(10)，其特征在于，所述控制装置(70)被构造为：在放电开始时或者在放电期间出现的第一时间点产生第三放电信号并且将其提供给被分配给具有所述第一电池组模块(31)的串联电路(30)的控制单元(50)，其中所述被分配给具有所述第一电池组模块(31)的串联电路(30)的控制单元(50)被构造为：在存在所述第三放电信号的情况下，将具有所述第一电池组模块(31)的串联电路(30)的第二半导体开关(34)转变到导通的状态下或者以线性运行来运行所述第二半导体开关。
5.根据权利要求1或2所述的电池组系统(10)，其特征在于，所述控制装置(70)被构造为：在放电期间测量流经所述电池组(20)的电池组电流，而且针对每个第二电池组模块(41)，在被分配给所述相应的第二电池组模块(41)的并且在放电期间出现的其中所述电池组电流的电流值达到或低于被分配给所述相应的第二电池组模块(41)的第一电流极限值的第三时间点产生被分配给所述相应的第二电池组模块(41)的第五放电信号并且将其提供给如下控制单元(60)，所述控制单元(60)被分配给具有所述相应的第二电池组模块(41)的串联电路(40)，其中每个被分配给具有所述电池组模块(31、41)中的第二电池组模块的串联电路(40)的控制单元(60)都被构造为：在存在被分配给所述相应的第二电池组模块(41)的第五放电信号的情况下，将具有所述相应的第二电池组模块(41)的串联电路(40)的第二半导体开关(44)转变到不导通的状态下。
6.根据权利要求1或2所述的电池组系统(10)，其特征在于，每个控制单元(50、60)都被构造为：在放电和/或充电期间，测量被分配给相应的控制单元(50、60)的串联电路(30、40)的电池组模块(31、41)的至少一个运行参数，其中每个电池组模块(31、41)的至少一个运行参数包括：流经相应的电池组模块(31、41)的电流和/或附在所述相应的电池组模块(31、41)上的电压和/或所述相应的电池组模块(31、41)的温度。
7.根据权利要求6所述的电池组系统(10)，其特征在于，每个控制单元(50、60)都被构造为：分别在放电期间并且在存在被分配给相应的控制单元(50、60)的串联电路(30、40)的电池组模块(31、41)的至少一个运行参数的如下参数值的情况下，将被分配给所述相应的控制单元(50、60)的串联电路(30、40)的第一半导体开关(32、42)转变到不导通的状态下，所述参数值达到或超过针对相应的电池组模块(31、41)在放电期间容许的参数极限值；和/或在充电期间并且在存在被分配给所述相应的控制单元(50、60)的串联电路(30、40)的电池组模块(31、41)的至少一个运行参数的如下参数值的情况下，将被分配给所述相应的控制单元(50、60)的串联电路(30、40)的第二半导体开关(34、44)转变到不导通的状态下，所述参数值达到或超过针对所述相应的电池组模块(31、41)在充电期间容许的参数极限值。
8.一种用于给根据上述权利要求之一所述的电池组系统(10)的电池组(20)放电和/或充电的方法，
其特征在于：
通过以线性运行来运行每个串联电路(30、40)的第一半导体开关(32、42)来开始所述电池组(20)的放电，和/或
通过以线性运行来运行每个串联电路(30、40)的第二半导体开关(34、44)来开始所述电池组(20)的充电。
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