CN108370173A

CN108370173A - 用于电能量存储器系统的充电电路和充电方法

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Publication number: CN108370173A
Application number: CN201680073921.8A
Authority: CN
Inventors: B.克里格
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2018-08-03
Also published as: WO2017102414A1; US20200274370A1; EP3391505B1; EP3391505A1; US10971941B2; DE102016223470A1

Abstract

描述的是一种电能量存储器系统（100）的充电电路（200），其中电能量存储器系统具n个电能量存储器单元（R1，R2）。充电电路（200）包括：至少一个第一输入端（E1）和第二输入端（E2），用于与能量源电连接；至少一个第一输出端（A1）和第二输出端（A2）；和至少n个第一极端子（P1）和n个第二极端子（P2），其中极端子能够与电能量存储器单元的相应极端子导电连接。附加地，该充电电路还包括至少n个第一开关（S11，S12）、至少n个第二开关（S21，S22）和至少n个第三开关（S31），其中第一输出端（A1）与第一开关（S11）导电连接，第二输出端（A2）与第一个第二端子导电连接，第一输入端（E1）与第n个第一开关导电连接，第二输入端（E2）与第一个第二开关导电连接，以及第一个第二和第三开关这样被接通，使得在充电运行中借助连接到第一输入端（E1）和第二输入端（E2）上的能量源，与在所述第一输出端（A1）和所述第二输出端（A2）之间的电压水平相比，在所述第一输入端（E1）和所述第二输入端（E2）之间施加至少两倍高的电压水平。此外，还描述一种用于电能量存储器系统的充电运行的充电方法以及这样的电能量存储器系统（100）和本发明的充电电路（200）的应用。

Description

用于电能量存储器系统的充电电路和充电方法

技术领域

本发明从根据独立专利权利要求的前序部分所述的、用于电能量存储器系统的充电电路和用于电能量存储器系统的充电运行的充电方法出发。

背景技术

电驱动车辆、尤其是带有电池组作为主能量源的车辆的充电是当前密集研究和开发的主题。这一方面在于，目前用于完全电池组充电的充电时间还非常长，以及另一方面，未来存储器的容量还增加，从而不久的将来会使用到具有大于50kWh容量的、在车辆中所安装的电能量存储器系统。同时，针对这些车辆的广泛的接受性，期待更短的充电时间，以与在带有内燃机的车辆的加油过程的情况下的装载时间尽可能可比的方式。

由于技术标准、可用部件和工艺以及效率要求，在纯电驱动车辆的情况下，车辆传动系的标准运行电压当前被限制在典型的300V至450V的值。符合标准的充电插头典型地是针对直至200A的额定电流而言被认证的，其中用于直流电压充电的充电电压可以典型地在200V至850V之间。通过在能量存储器系统和充电装置之间的通信可以在充电装置侧在一定界限范围内进行对充电电压和充电电流的无极调节。

但是当前可用的电能量存储器系统、尤其是电池组系统并不提供如下可能性：提高充电时的电压，因为其布线，例如以串联电路或并联电路的方式，是固定地接线的，并且同时在标准运行电压水平继续运行在驱动侧存在的组件、例如换流器。图1示出按照现有技术的电路布置的例子。

在文献JP 2012-065435中，描述一种直流电压变换器，其可以借助多个电容器输出相对所连接上的电池组而言已提高的输出电压。

文献US 2013/0175865A1描述用于电池组的充电/放电系统，其中所连接上的耗电器被暴露于经提高的电压。

由文献US 2013/0106357 A1公开一种用于电车辆的电池组包，在其中电池组包的各个电池组能够经由半导体开关来操控。

文献2005/0052154 A1描述一种带有开关装置的医疗仪器，其放电电压高于其充电电压。

在文献2007/0139012 A1中描述一种快速充电系统和快速充电方法。

发明内容

按照本发明，提供带有独立专利权利要求的特征性特征的用于电能量存储器系统的充电电路、用于电能量存储器系统的充电运行的充电方法以及电能量存储器系统。

这里，电能量存储器系统的充电电路包括：至少一个第一输入端和第二输入端，用于与能量源电连接；至少一个第一输出端和第二输出端，用于与电组件电连接；至少n个第一极端子和n个第二极端子，其中电能量存储器系统具有分别带有第一极和第二极的n个电能量存储器单元，其中第i个第一极端子能够与第i个电能量存储器单元的第一极导电连接，并且第i个第二极端子能够与第i个电能量存储器单元的第二极导电连接。此外，充电电路还具有至少n个第一开关，其中该第i个第一开关的第一端子与第i个电能量存储器单元的第i个第一极端子导电连接。充电电路此外还包括：至少n个第二开关，其中第i个第二开关的第一端子与第i个电能量存储器单元的第i个第二极端子导电连接；以及至少n-1个第三开关，其中第k个第三开关的第一端子与第k个电能量存储器单元的第一极端子导电连接，并且第k个第三开关的第二端子与第k+1个电能量存储器单元的第二极端子导电连接，其中n>1并且i<=n以及k<n是自然数。按照本发明，此外，第一输出端与第一开关的第二端子导电连接，第二输出端与第一个第二开关的第二端子导电连接，第一输入端与第n个第一开关的第一端子导电连接以及第二输入端与第一个第二开关的第一端子导电连接。按照本发明，第一开关、第二开关和第三开关还被这样接通，使得在充电运行中借助连接到第一输入端和第二输入端上的能量源，与在第一输出端和第二输出端之间的电压水平相比，在第一输入端和第二输入端之间施加至少两倍高的电压水平。这种布线具有如下优点：通过升高的电压水平，在充电运行中，充电功率至少可以加倍，这引起明显缩短了的充电时间。同时，在输出侧存在的电组件、例如换流器可以在标准运行电压水平上继续运行，从而不必针对这些组件进行新开发或使用新技术。在电能量存储器单元的特征参量、例如内阻和电容的波动的范围中，经提高的电压水平在充电运行中可以轻微地变化。

本发明的另外的有利的实施方式是从属权利要求的主题。

优选地，能量源是直流电流能量源。

这些开关例如可以被实施为半导体开关、例如MOSFET或IGBT，却也被实施为电机继电器或接触器。

有利地，充电电路被构造为，使得第i个第二开关的第二端子与第二输出端导电连接并且第i个第一开关的第二端子与第一输出端导电连接。由此，可以将任意数量的电能量存储器单元彼此并联连接。由此，可以给在第一输出端和第二输出端上连接的电组件提供更大的能量存储器容量。此外，例如可以给能量存储器单元的电组件提供最高的充电状态。

有利地，充电电路包括至少n-1个第四开关，其中第k个第四开关被插入到第k个第三开关的第二端子与第k+1个电能量存储器单元的第二极端子之间的电连接中，并且第k个第三开关的第二端子与第k个第四开关的第一端子导电连接，以及第k个第四开关的第二端子与第k+1个电能量存储器单元的第二极端子导电连接。由此，可以在分离安装的、必要时封闭的（verschlossen）电能量存储器单元、例如两个电池组模块的情况下，也将建立串联电路的电线路全极地（allpolig）与电能量存储器单元的电位分离，这是汽车领域中的要求。

按照一种构型方案，电能量存储器单元的n元件集合的不由相邻元件组成的每个两元件子集的充电电路包括至少一个第五开关。在此，相应的第五开关的第一端子与相应的第一电能量存储器单元的第一极端子导电连接，并且相应的第五开关的第二端子与相应的第二电能量存储器单元的第二极端子导电连接。由此，也可以将不直接相邻的电能量存储器单元相互串联接线，由此可以实现更灵活的充电可能性。例如，可以在三个电能量存储器单元1、2和3的情况下，将单元1和3串联接通，以便以更高的充电电压充电。

合乎目的地，电能量存储器单元的n元件集合的每个两元件子集的充电电路包括至少一个第五开关和至少一个第六开关，其中所述子集不由相邻元件组成。在此，相应的第五开关的第一端子与相应的第一电能量存储器单元的第一极端子导电连接，以及相应的第五开关的第二端子与相应的第六开关的第一端子导电连接。此外，相应的第六开关的第二端子与相应的第二电能量存储器单元的第二极端子导电连接。由此，也可以将不直接相邻的电能量存储器单元相互串联接线，由此可以实现更灵活的充电可能性并且同时满足提高的安全性要求，例如连接线路的全极电位分离，这在分离的壳体情况下可能被要求。

按照充电电路的另一构型方案，电感部件例如线圈与至少一个第一开关和/或至少一个第二开关导电串联连接。

由此可以在电能量存储器单元之间建立并联电路时更好地限制可能的补偿电流。

此外，本发明的主题是用于电能量存储器系统的充电运行的充电方法，其中电能量存储器系统具有至少两个电能量存储器单元和至少一个按照本发明的充电电路。按照本发明，该方法包括：在第一步骤中选择应当在充电运行中借助连接在第一输入端和第二输入端上的能量源来充电的n个电能量存储器单元其中的至少两个电能量存储器单元，并且决定：在第一输出端和第二输出端上连接的电组件在充电期间是否应当由至少一个电能量存储器单元来供给。在此，所连接上的组件不仅可以由应当被充电的电能量存储器单元来供给而且也可以由不应当被充电的电能量存储器单元来供给。必要时，电组件也可以不被电能量存储器单元供给。接着进行待充电电能量存储器单元的第一开关和第二开关的断开，其中根据在第一步骤中的所述决定将如下第一开关和第二开关闭合，所述第一开关和第二开关属于至少一个对电组件进行供给的电能量存储器单元。当已经决定了电组件在至少一个电能量存储器单元的充电运行期间应当被供给能量时，那么就不将属于相应电能量存储器单元的那些第一开关和第二开关断开。在第三步骤中，对串联连接待充电的电能量存储器单元的那些第三开关进行闭合。在第四步骤中，借助连接到第一输入端和第二输入端上的能量源来开始能量输送。通过所述方法步骤可以提高充电电压并且同时在其标准的运行电压水平上给电组件继续供给能量。电组件的适配于是可以被避免。

其他的有利的实施方式是从属权利要求的主题。

按照另一方面，可以规定，在第五步骤中闭合与如下第三开关导电连接的那些第四开关，其中所述第三开关将待充电的电能量存储器单元串联连接。由此可以进行电能量存储器单元的电位的全极分离，这可以是对于满足安全性要求所需要的。

合乎目的地，在第六步骤中，将串联连接待充电的电能量存储器单元的那些第五开关和第六开关闭合。由此，也可以用提高的充电电压对不相邻的电能量存储器单元充电。

该方法的有利的构型方案此外包括：在第七步骤中关断能量输送，在第八步骤中断开将已充电的电能量存储器单元电串联连接的开关，以及在第九步骤中闭合已充电的电能量存储器单元的第一开关和第二开关。因此，可以可靠并且安全地切换到以标准运行电压的标准运行。

在该方法内，有利的是，在第九步骤中，至少一个开关针对所定义的时间段、例如对于一位数的（einstellig）分钟范围，按时钟的方式（getakt）被运行。由此，可以避免在建立或再建立在至少两个电能量存储器单元之间的并联电路时的高电流，这例如可以减少由该电流引起的不期望的温度升高。

优选地，在该方法内，单个电能量存储器单元的充电状态被监控，并且在超过定义的、在任意两个电能量存储器单元之间的充电状态差时，通过合适地操控至少第一开关、第二开关和第三开关来由具有最高充电状态的电能量存储器单元来对经由第一输出端和第二输出端所连接上的电组件供给能量。必要时，也操控第四开关、第五开关、和第六开关。因此能够实现电能量存储器单元的均匀充电，这鉴于电能量存储器单元的老化行为方面是有利的。代替地，作为充电状态差也可以考虑将其他标准。例如，可以根据在两个或更多个电能量存储器单元之间的温度差的超出，来规定一个或多个电能量存储器单元，其借助开关的合适操控来对电组件进行供给。代替地，也可以考虑电能量存储器单元的健康状态来作为标准，以便在较大偏差情况下与此相关地有针对地选择出用于供给电组件的至少一个如下电能量存储器单元，所述电能量存储器单元还没有像该系统的其余电能量存储器单元那样强烈地老化。所述健康状态在此例如包括电能量存储器单元的内阻值或电容值。

有利地，在该方法内，电能量存储器单元被均匀地充电，其方式是，在第一步骤中选择出的、待充电的电能量存储器单元循环地被更替。由此，能量存储器系统的能量内容可以被最大化。

按照该方法的另一构型方案，根据在第一步骤中作出的关于在第一输出端和在第二输出端上连接上的电组件是否应当被供给能量的决定，对所述电组件进行供给的至少一个电能量存储器单元可以循环地被更替。由此，实现电能量存储器单元的均匀的负荷，并且防止对所述电组件进行供给的所述至少一个电能量存储器单元的过强的放电。

此外，本发明的主题是带有至少两个电能量存储器单元的电能量存储器系统，其中该电能量存储器系统包括按照本发明的充电电路。因此，尤其是可以在系统层面上实现充电时间的明显减少，同时保留经证明的技术。

此外，本发明的主题是根据权利要求1至5之一所述的充电电路在电驱动车辆中、包括混合动力车辆中的应用。

电能量存储器单元尤其是可以理解为电化学电池组电池和/或带有至少一个电化学电池组电池的电池组模块和/或带有至少一个电池组模块的电池组包。例如，电能量存储器单元可以是锂电池组电池或锂电池组模块或者锂电池组包。尤其是，电能量存储器单元可以是锂离子电池组电池或锂离子电池组模块或锂离子电池组包。此外，电池组电池可以是锂聚合物蓄电池、镍金属混合蓄电池、铅酸蓄电池、锂空气蓄电池或锂硫蓄电池或非常一般而言是任意电化学组分的蓄电池。

附图说明

其中：

图1示出按照现有技术的车辆的电能量存储器单元的电路布置，

图2 示出带有两个按照第一实施方式的电能量存储器单元的车辆的按照本发明的充电电路，

图3 示出带有两个按照第二实施方式的电能量存储器单元的车辆的按照本发明的充电电路，

图4 示出带有两个按照第三实施方式的电能量存储器单元的车辆的按照本发明的充电电路，

图5 示出带有三个按照第四实施方式的电能量存储器单元的车辆的按照本发明的充电电路，

图6示出带有三个按照一种实施方式的电能量存储器单元的电能量存储器系统的按照本发明的方法的流程图，

图7 示出在将按照实施例的按照本发明的充电方法用于带有三个电能量存储器单元的电能量存储器系统时的充电状态变化过程，以及

图8 示出按照第二实施方式的、用于带有两个电能量存储器单元的电能量存储器系统的按照本发明的方法的流程图。

具体实施方式

在所有图中，相同的参考标记表示相同的设备组件或方法步骤。

图2示出带有两个按照第一实施方式的电能量存储器单元R1和R2的车辆的按照本发明的充电电路200。在左边区域中，在此，描绘电组件，其可以在使用按照本发明的充电电路200的情况下保持不变。尤其是在此涉及电动机107、逆变器106、用于12V车载电网的DC/DC变换器104和车载电网电池组105、带有中间回路电容103的中间回路和空调压缩机102。所有经由第一输出端A1和第二输出端A2被连接到充电电路200上的电组件可以相应地以不经改变的方式被继续使用。电能量存储器单元R1和R2在电池组100内部经由两个第一极端子P1和两个第二极端子P2被连接到按照本发明的充电电路200上。电能量存储器单元R1和R2在此由多个单独的电池组电池101组成。第一个第一开关S11和第一个第二开关S21尤其是用于实现第一电能量存储器单元R1与第一输出端A1或第二输出端A2的电连接。此外，第二个第一开关S12和第二个第二开关S22尤其是用于实现第二电能量存储器单元R2与第一输出端A1或者第二输出端A2的电连接。此外，第一个第三开关S31用于在充电运行中将电能量存储器单元R1和R2相互串联接线。能量输送在此通过连接到第一输入端E1和第二输入端E2上的能量源来进行。经由第二开关108可以将第一输入端E1和第二输入端E2从能量存储器单元分离。因此确保，输入端可以无电压地被接通，如果其没有被充电的话。在串联电路情况下在充电运行中，第一开关S11和S12、第二开关S21、S22、以及第三开关S31和开关108的开关位置在下面的表格中被说明：

。

因此，在充电运行中，在第一输入端E1和第二输入端E2之间施加双倍电压，因而可以在相同电流情况下传输双倍能量的量。在此，在建立串联电路的情况下应当注意：在第一个第三开关S31闭合之前，首先将第二个第一开关S12和第二个第二开关S22断开，以避免短路。这可以在机械开关装置、例如接触器的情况下，通过第二个第一开关S12、第二个第二开关S22和第一个第三开关S31的共同的机械的耦合来进行，其中相应地跟随着第一个第三开关S31的断开，或者在电子开关装置、例如MOSFET或IGBT的情况下、以及在未耦合的电机开关装置的情况下通过对操控的相应的反符合接线（Veto-Beschaltung）或通过相应确保的软件功能在对该开关装置进行控制的、这里未示出的电子单元中进行。根据一个或多个经由第一输出端A1和第二输出端A2连接上的电组件是否也应当在充电运行期间被供给能量而定地，第一个第一开关S11和第一个第二开关S21在此可以处于闭合状态或断开状态中。连接上的电组件102至107的供给例如是有意义的，以便在充电过程期间例如对电池组100的冷却系统和连接上的12V耗电器进行供给。如果第一个第一开关S11和第一个第二开关S21被闭合，则电能量存储器单元R1和R2不同强度地被充电。第一电能量存储器单元R1通过较小的充电电流来充电并且因此典型地在结束充电过程时具有低于第二电能量存储器单元R2的充电状态。

如果充电运行已被结束了并且应当将能量发出给在经由第一输出端A1和第二输出端A2连接上的电组件上，则所提到开关的开关位置如下地改变：

。

在此，在电能量存储器单元R1和R2的串联电路切换到R1和R2的并联电路时，应当注意：在第二个第一开关S12和第二个第二开关S22被切换之前，首先将第一个第三开关S31断开，以便避免短路。这可以借助前面提到的装置例如机械耦合来实现。

为了在建立在两个电能量存储器单元之间的并联电路时限制可能的补偿电流，附加的、主要是电感地作用的组件201被集成到充电电路200中。此外，为了限制补偿电流，第二个第一开关S12可以对于既定时间、例如几分钟来按时钟的方式被运行。

图3示出带有两个按照第二实施方式的电能量存储器单元R1和R2的车辆的按照本发明的充电电路300。在此情况下，在充电过程期间，可以不仅通过第一电能量存储器单元R1而且也通过第二电能量存储器单元R2来对经由第一输出端A1和第二输出端A2连接上的电组件进行供给。为此，第一开关S11和S12分别以其第二端子与第一输出端A1、以及第二开关S21和S22分别以其第二端子与第二输出端A2导电连接。这能够实现经由第一和第二输出端A1和A2连接上的电组件至第一电能量存储器单元R1或者第二电能量存储器单元R2的交替的接通或关断。因此可以限制电能量存储器单元R1和R2的不相同的充电。此外，在不相同的充电状态情况下可以首先仅仅使用带有较高充电状态的电能量存储器单元，用于对电组件进行供给，其方式是相应的第一和第二开关被闭合或断开。开关108用于将第一输入端E1和第二输入端E2从引导电压的组件电分离，所述引导电压的组件这里为电能量存储器单元R1和R2。因此确保：电池组100可以全面地从网络分离。

图4示出带有两个按照第三实施方式的电能量存储器单元R1和R2的车辆的按照本发明充电电路400。尤其是通过第一个第四开关S41可以实现电能量存储器单元R1和R2的空间上分离的结构，但是其允许对引导高电压的组件的全极分离的可能的安全性要求，例如用于向外部的接触保护。电能量存储器单元R1和R2连同所属的开关被安装在单独的壳体G1或G2中，由此尤其是可以获得关于结构空间构型的灵活性。为了充电或为了开始以提高的充电电压的充电运行，除了第一个第三开关S31之外还闭合第一个第四开关S41，从而建立电能量存储器单元R1和R2的串联电路。在结束充电运行时，因此对于断开第一个第三开关S31附加地还断开第一个第四开关S41。此外，有利的是，处于单独的壳体G1和G2中的组件分别是相同的，也即是说，电池组100可以由相同的模块或者子系统来构建，这节省了制造成本并且简化了在维修时的可能的更换。

图5 示出带有三个按照第五实施方式的电能量存储器单元R1、R2和R3的车辆的按照本发明的充电电路600。对于第三开关S31和S32以及第四开关S41和S42附加地，该充电电路还拥有第五开关S51和第六开关S61，它们允许：第一电能量存储器单元R1与第三电能量存储器单元R3能够串联接通，从而能够实现两个任意电能量存储器单元串联接通。开关109、110、111和112尤其是用于防止在充电运行中在电能量存储器单元R1、R2和R3上的不容许地高的电压或者确保电能量存储器单元的电位的全极分离，尤其是针对在壳体G1、G2和G3上位于外部的端子。针对两个任意电能量存储器单元的串联电路，在充电运行中的可能的开关位置由此如下地得出：

在此情况下，“x”表示闭合的开关位置，并且“o”表示断开的开关位置。“x/o”在此情况下示出：不仅闭合的而且断开的开关位置也是可能的。例如可以在充电运行中在电能量存储器单元R1和R2串联接通的情况下，不仅经由第一电能量存储器单元R1而且经由第二电能量存储器单元R2而且经由第三电能量存储器单元R3来对经由第一输出端A1和第二输出端A2连接上的电组件供给能量。相应的适合于两个电能量存储器单元的串联接通的其他可能性。

图6示出带有三个按照一种实施方式的电能量存储器单元R1、R2和R3的电能量存储器系统的按照本发明的方法的流程图。针对下面示例性的描述的所有开关的初始状态在此是：所有开关是断开的。在第一步骤ST70中，选择出这三个电能量存储器单元其中的两个，其在充电运行中应当借助连接到第一输入端E1和第二输入端E2上的能量源来被充电，例如电能量存储器单元R1和R2。附加地规定：连接到第一输出端A1和第二输出端A2上的电组件在充电运行中是否应当由至少一个电能量存储器单元来供给。例如，这里通过第三电能量存储器单元R3来进行电组件的供给。在第二步骤ST71中，将第一开关S11和S12以及第二开关S21和S22断开或留在断开位置中。第三个第二开关S23和第三个第一开关S13被闭合，以便通过第三电能量存储器单元R3来保证对电组件的供给。在此，必要时在闭合第三个第二开关S23之后并且在闭合第三个第一开关S13之前，进行带有中间回路电容103的中间回路的预充电。接着，在第三步骤ST72中闭合第一个第三开关S31。在第四步骤ST73中，进行第一个第四开关S41的闭合。由此，实现电能量存储器单元R1和R2的串联接线。在第五步骤ST74中，在电能量存储器单元R1和R2串联接线的情况下不进行动作，因为不应闭合第五和第六开关，以便建立电能量存储器单元R1和R2的串联接线。在第六步骤ST75中进行：开关109和开关111的闭合；以及借助连接到第一输入端E1和第二输入端E2上的能量源，开始对所连接上的电能量存储器单元R1和R2的能量输送。在第七步骤ST76中，监控电能量存储器单元R1、R2和R3的所有充电状态并将其相互比较。如果已经实现了对于电能量存储器单元R1、R2和R3其中的每个分别所要求的充电状态或者已经充电了所定义的时间段，则在第八步骤ST77中进行对连接到第一输入端E1和第二输入端E2上的直流电流能量源的能量输送的关断。在第九步骤ST78中，接着断开对已被充电的电能量存储器单元进行串联连接的开关，在该情况下，断开第一个第三开关S31和第一个第四开关S41以及开关109和111。充电运行因此结束，并且电能量存储器单元R1、R2和R3在第十步骤ST79中借助闭合第一开关S11、S12和S13以及第二开关S21、S22和S23被并联接通。必要时，在超出所定义的、在两个任意电能量存储器单元之间（在该情况下是在电能量存储器单元R1和R3或者R2和R3之间）的充电状态差时，例如循环地更替至少一个待充电的电能量存储器单元，以便能够实现所有电能量存储器单元的均匀的充电。同样，可以将定义的时间段用作标准。接着，该方法在第一步骤ST70中开始，其中依照前述实施方案来适配开关位置。待充电的电能量存储器单元现在是电能量存储器单元R1和R3。该方法按照如上所述流程的精神来继续被实施，直至针对电能量存储器单元R1、R2和R3实现所要求的充电状态。在对车辆的电组件进行供给的电能量存储器单元之间进行切换或者更替时，有利的是：在断开相应的开关例如第三个第一开关S13和第三个第二开关S23之前，对所述电组件、例如空调压缩机102用信号通知，以便最小化其消耗。因此，可以避免过于强烈地降低在中间回路中的电压。此外，也可以设置另外的步骤：在其中所有电能量存储器单元并联接通并且其中以减小的充电功率来充电。该步骤例如可以连接着步骤ST79。

图7示出在将按照本发明充电方法用于带有三个按照所述实施例的电能量存储器单元R1、R2和R3的电能量存储器系统时的充电状态变化过程。电能量存储器单元R1和R2的充电在时间点t₁开始，其中电能量存储器单元R3现在给经由第一输出端A1和第二输出端A2所连接上的电组件供给能量，这尤其是在第三电能量存储器单元R3的充电状态SOC3降低时表现出来。从时间点t₂起，进行第一电能量存储器单元R1和第三电能量存储器单元R3的充电，其中第二电能量存储器单元R2现在给经由第一输出端A1和第二输出端A2所连接上的电组件供给能量，这尤其是在第二电能量存储器单元R2的充电状态SOC2降低时表现出来。从时间点t₃起，进行第二电能量存储器单元R2和第三电能量存储器单元R3的充电，其中第一电能量存储器单元R1现在给经由第一输出端A1和第二输出端A2所连接上电组件供给能量，这尤其是在第一电能量存储器单元R1的充电状态SOC1降低时表现出来（zeigen sich）。从时间点t₄起，该方法以及从而该充电状态变化过程按照意义地继续，直至在时间点t10针对三个电能量存储器单元R1、R2和R3其中的每个实现分别所要求的充电状态。接着是充电状态补偿的阶段，只要是全部三个电能量存储器单元R1、R2和R3并联接通，以便经由第一输出端A1和第二输出端A2对电组件进行供给。

图8示出按照第二实施方式的、针对带有两个电能量存储器单元R1、R2的电能量存储器系统的按照本发明的方法的流程图，如其例如在图4中所示。对于后面的示例性描述，所有开关的初始状态在此为：所有开关都是断开的。在此，第一步骤ST80基本上相应于前面的实施方式的第一步骤ST70，第二步骤ST81基本上相应于第二步骤ST71，第三步骤ST82基本上相应于第三步骤ST72以及第四步骤ST83基本上相应于第四步骤ST73。这在下文中被简短提及。在第一步骤ST80中，两个电能量存储器单元R1、R2借助连接到第一输入端E1和第二输入端E2上的能量源来被选择用于充电。附加地，规定：连接到第一输出端A1和第二输出端A2上的电组件是否在充电运行中由至少一个电能量存储器单元来供给电能。例如，应当通过第二电能量存储器单元R2进行电组件的供给。为此，在第二步骤ST81中，第二个第一开关S12以及第二个第二开关S22被闭合，并且第一个第一开关S11以及第一个第二开关S21留在断开位置。接着在第三步骤ST82中，将第一个第三开关S31被闭合。在后面的第四步骤ST83中，第一个第四开关S41被闭合。由此，实现电能量存储器单元R1、R2串联接线。在第五步骤ST84中，借助连接到第一输入端E1和第二输入端E2上的电能量源来进行开关108的闭合以及对电能量存储器单元R1、R2的能量输送的开始，以便对电能量存储器单元R1、R2充电。在第六步骤ST85中，在充电期间监控电能量存储器单元R1、R2的充电状态并且将其相互比较。如果针对电能量存储器单元R1、R2其中的每个实现了分别所要求的充电状态、例如90%，或者预定义的充电时间段被达到，则在第七步骤ST86中，进行电能量源的能量输送的关断，其中此外又断开开关108。在第八步骤ST87中接着断开对所充电的电能量存储器单元进行串联电连接的开关，在该情况下断开第一个第三开关S31和第一个第四开关S41。接着，在第九步骤ST88中，进行两个电能量存储器单元R1、R2的充电状态的比较。在假定电能量存储器单元R1具有比电能量存储器单元R2高的充电状态并且在电能量存储器单元R1、R2之间的预定义的充电状态差被超出的情况下，在第十步骤ST89中建立在电能量存储器单元R1和第一输出端A1以及第二输出端A2之间的电连接，为此将第一个第一开关S11和第一个第二开关S21闭合。同时，通过断开第二个第一开关S12和第二个第二开关S22，将在电能量存储器单元R2和第一输出端A1以及第二输出端A2之间的电连接中断。由此，在第十一步骤ST90中，用来自带有最高充电状态的电能量存储器单元R1的电能量来供给所述电组件，直至电能量存储器单元R1的充电状态已经与电能量存储器单元R2的充电状态相适应，例如除了已经预定义的充电状态差以外已经相适应。接着，在第十二步骤ST91中，闭合第二个第一开关S12和第二个第二开关S22。由此，电能量存储器单元R1、R2又被并联接通并且在输出端上共同地对电组件进行供给。

Claims

1.一种电能量存储器系统（100）的充电电路（200,300,400,500），其中所述电能量存储器系统具有分别带有第一极和第二极的n个电能量存储器单元（R1，R2，R3），所述电能量存储器系统的充电电路包括：

-至少一个第一输入端（E1）和第二输入端（E2），用于与能量源电连接；

-至少一个第一输出端（A1）和第二输出端（A2），用于与电组件电连接；

-至少n个第一极端子（P1）和n个第二极端子（P2），其中第i个第一极端子（P1）能够与第i个所述电能量存储器单元（R1，R2，R3）的所述第一极导电连接，并且第i个第二极端子（P2）能够与第i个所述电能量存储器单元（R1，R2，R3）的所述第二极导电连接；

-至少n个第一开关（S11，S12，S13），其中第i个所述第一开关（S11，S12，S13）的第一端子与第i个所述电能量存储器单元（R1，R2，R3）的第i个所述第一极端子（P1）导电连接，

-至少n个第二开关（S21，S22，S23），其中第i个所述第二开关（S21，S22，S23）的第一端子与第i个所述电能量存储器单元（R1，R2，R3）的第i个所述第二极端子导电连接；

-至少n-1个第三开关（S31，S32），其中第k个所述第三开关（S31，S32）的第一端子与第k个所述电能量存储器单元（R1，R2，R3）的所述第一极端子导电连接，并且第k个所述第三开关（S31，S32）的第二端子与第k+1个所述电能量存储器单元（R1，R2，R3）的所述第二极端子导电连接，其中n>1并且i<=n以及k<n是自然数，

其特征在于，所述第一输出端（A1）与所述第一开关（S11）的所述第二端子导电连接，所述第二输出端（A2）与第一个所述第二开关（S21）的所述第二端子导电连接，所述第一输入端（E1）与第n个所述第一开关（S12，S13）的所述第一端子导电连接，所述第二输入端（E2）与第一个所述第二开关（S21）的所述第一端子导电连接，并且所述第一开关（S11，S12，S13）、所述第二开关（S21，S22，S23）和所述第三开关（S31，S32）还被这样接通，使得在充电运行中借助连接到所述第一输入端（E1）和所述第二输入端（E2）上的能量源，与在所述第一输出端（A1）和所述第二输出端（A2）之间的电压水平相比，在所述第一输入端（E1）和所述第二输入端（E2）之间施加至少两倍高的电压水平。

2.如权利要求1所述的充电电路（200,300,400,500），其特征在于，所述第i个第二开关（S21，S22，S23）的所述第二端子与所述第二输出端（A2）导电连接并且所述第i个第一开关（S11，S12，S13）的所述第二端子与所述第一输出端（A1）导电连接。

3.如前述权利要求之一所述的充电电路（200,300,400,500），其特征在于，所述充电电路（200,300,400,500）包括至少n-1个第四开关（S41，S42），以及第k个所述第四开关（S41，S42）被插入到第k个所述第三开关（S31，S32）的所述第二端子与第k+1个所述电能量存储器单元（R2，R3）的所述第二极端子（P2）之间的电连接中，其中，第k个所述第三开关（S31，S32）的所述第二端子与第k个所述第四开关（S41，S42）的第一端子导电连接以及第k个所述第四开关的第二端子与第k+1个所述电能量存储器单元（R2，R3）的所述第二极端子（P2）导电连接。

4.如前述权利要求之一所述的充电电路（200,300,400,500），其特征在于，

所述电能量存储器单元（R1，R2，R3）的n元件集合的不由相邻元件组成的每个两元件子集的所述充电电路（200,300,400,500）包括至少一个第五开关（S51）和至少一个第六开关（S61），其中相应的所述第五开关（S51）的第一端子与相应的所述第一电能量存储器单元（R1）的所述第一极端子（P1）导电连接，以及相应的所述第五开关（S51）的第二端子与相应的所述第六开关（S61）的第一端子导电连接，以及其中相应的所述第六开关（S61）的第二端子与相应的所述第二电能量存储器单元（R3）的所述第二极端子导电连接。

5.如前述权利要求之一所述的充电电路（200,300,400,500），其特征在于，电感部件（201）与所述至少一个第一开关（S11，S12，S13）和/或至少一个第二开关（S21，S22，S23）导电串联连接。

6.一种用于电能量存储器系统（100）的充电运行的充电方法，其中所述电能量存储器系统具有n个电能量存储器单元（R1，R2，R3）和至少一个根据权利要求1至5之一所述的充电电路（200,300,400,500），其中适用n>1，所述充电方法包括下面的步骤：

a）选择应当在充电运行中借助连接在第一输入端（E1）和第二输入端（E2）上的能量源来充电的所述n个电能量存储器单元（R1，R2，R3）其中的至少两个电能量存储器单元，并且决定：在第一输出端（A1）和第二输出端（A2）上连接的电组件在充电期间是否应当由至少一个电能量存储器单元（R1，R2，R3）来供给（ST70），

b）断开待充电的电能量存储器单元（R1，R2，R3）的所述第一开关（S11，S12，S13）和所述第二开关（S21，S22，S23），其中根据所述决定在步骤a）中将属于对所述电组件进行供给的所述至少一个电能量存储器单元（R1，R2，R3）的所述第一开关（S11，S12，S13）和第二开关（S21，S22，S23）闭合（ST71），

c）将串联连接所述待充电的电能量存储器单元的所述第三开关（S31，S32）闭合（ST72），

d）借助连接到所述第一输入端和第二输入端上的能量源来开始能量输送（ST75）。

7.如前述权利要求之一所述的充电方法，所述充电方法还包括下面的步骤

a）将与串联导电连接所述待充电的电能量存储器单元（R1，R2，R3）的所述第三开关（S31，S32）导电连接的所述第四开关（S41，S42）闭合（ST73）。

8.如权利要求6或7所述的充电方法，所述充电方法还包括下面的步骤

a）将串联连接所述待充电的电能量存储器单元（R1，R2，R3）的所述第五开关（S51）和第六开关（S61）闭合（ST74）。

9.如权利要求6至8之一所述的充电方法，所述充电方法还包括下面的步骤：

a）关断所述能量输送（ST77），

b）将电串联连接已充电的所述电能量存储器单元（R1，R2，R3）的开关断开（ST78），

c）闭合所述已充电的电能量存储器单元（R1，R2，R3）的所述第一开关（S11，S12，S13）和所述第二开关（S21，S22，S23）（ST79）。

10.如权利要求9所述的充电方法，所述充电方法还包括在步骤h）之后的下面的步骤：

j）比较所述n个电能量存储器单元（R1，R2，R3）的充电状态；

k）在所述n个电能量存储器单元（R1，R2，R3）之间的预定义的充电状态差被超出的情况下，通过对所述至少一个第一开关（S11，S12，S13）和所述第二开关（S21，S22，S23）的合适的操控，建立在具有最低充电状态的所述电能量存储器单元和所述能量源之间的电连接，以及中断在其余的n-1个所述电能量存储器单元和所述能量源之间的电连接；

l）通过开始由所述能量源进行所述能量输送，对所述具有最小充电状态的电能量存储器单元充电，其中所述能量源的电压水平被调整到在所述具有最小充电状态的电能量存储器单元的所述第一极和所述第二极之间存在的电压水平上，直至所述电能量存储器单元的所述充电状态至少除了所述预定义的充电状态差以外已经与所述其余的n-1个电能量存储器单元的所述充电状态相适应；

m) 关断所述能量源的所述能量输送。

11.如权利要求9所述的充电方法，所述充电方法还包括在步骤h）之后的下面的步骤：

在经由所述第一输出端（A1）和所述第二输出端（A2）对电组件进行供给时：

n）比较所述n个电能量存储器单元（R1，R2，R3）的所述充电状态；

o）在所述n个电能量存储器单元（R1，R2，R3）之间的所述预定义的充电状态差被超出的情况下，通过对所述至少一个第一开关（S11，S12，S13）和所述第二开关（S21，S22，S23）的合适的操控，建立在具有最高充电状态的所述电能量存储器单元和所述第一输出端（A1）以及所述第二输出端（A2）之间的电连接以及中断在其余的n-1个所述电能量存储器单元和所述第一输出端（A1）和/或所述第二输出端（A2）之间的电连接；

p）通过所述具有最高充电状态的电能量存储器单元来给所述电组件供给电能量，直至所述电能量存储器单元的所述充电状态至少除了所述预定义的充电状态差以外已经与所述其余的n-1个电能量存储器单元的充电状态相适应。

12.如权利要求9所述的充电方法，其特征在于，在步骤i）中，至少一个开关针对所定义的时间段按时钟的方式被运行。

13.如权利要求6至10之一所述的充电方法，其特征在于，各个所述电能量存储器单元（R1，R2，R3）的所述充电状态（SOC1, SOC2, SOC3）被监控，并且在超出所定义的、在任意两个电能量存储器单元（R1，R2，R3）之间的充电状态差的情况下，通过合适地操控所述至少第一开关（S11，S12，S13）、第二开关（S21，S22，S23）和第三开关（S31、S32），由具有最高充电状态（SOC1, SOC2, SOC3）的所述电能量存储器单元（R1，R2，R3）来对经由所述第一输出端（A1）和所述第二输出端（A2）所连接上的电组件供给能量。

14.如权利要求6至11之一所述的充电方法，其特征在于，所述电能量存储器单元（R1，R2，R3）被均匀地充电，其方式是，在步骤a）中所选择的、至少一个待充电的所述电能量存储器单元（R1，R2，R3）被更替。

15.如权利要求6至12之一所述的充电方法，其特征在于，根据在步骤a）中的所述决定，至少一个对所述电组件进行供给的所述电能量存储器单元（R1，R2，R3）被循环地更替。

16.一种具有至少两个电能量存储器单元（R1，R2，R3）的电能量存储器系统（100），其特征在于，所述电能量存储器系统（100）包括按照权利要求1至5之一所述的充电电路（200,300,400,500,600）。

17.一种根据权利要求1至5之一所述的充电电路（200,300,400,500）在包括混合动力车辆在内的电驱动的车辆中的应用。