CN115733205A - 电能存储器、直流变压器、电能存储器系统以及用于运行电能存储器系统的方法 - Google Patents

Abstract

电能存储器（10），其具有能量存储器控制装置（11）、用于与外部的直流变压器（20）导电连接的至少一个第一能量存储器接头（17）以及至少一个电能存储器模块（12），其中，所述电能存储器模块（12）与用于与外部的直流变压器（20）导电连接的第一能量存储器接头（17）导电连接，其中，所述能量存储器控制装置（11）具有用于与所述直流变压器（20）以传递信号的方式连接的第一信号接头（18），其中，所述能量存储器控制装置（11）设定用于借助于所述第一信号接头（18）来发送控制指令。

Description

电能存储器、直流变压器、电能存储器系统以及用于运行电能 存储器系统的方法

技术领域

本发明涉及一种电能存储器、一种直流变压器一种电能存储器系统以及一种用于运行电能存储器系统的方法。

背景技术

JP 2016-208570 A公开了一种电池系统、一种功率源单元以及一种用于该电池系统的控制方法。

US 2016/0064919 A1示出了一种安全电路。

发明内容

电能存储器具有能量存储器控制装置、用于与外部的直流变压器导电连接的至少一个第一能量存储器接头以及至少一个电能存储器模块，就该电能存储器而言本发明的核心在于，将电能存储器模块与第一能量存储器接头导电连接，其中，能量存储器控制装置具有用于与直流变压器以传递信号的方式连接的第一信号接头，其中，能量存储器控制装置设定用于借助于第一信号接头来发送控制指令。

本发明的背景是，就电能存储器而言能够节省电能存储器模块与第一能量存储器接头之间的切换单元。由此，能够降低构件的数目。在此也有利的是，需要较少地监测切换单元，从而能够降低电能存储器的失效风险。

本发明的另外的有利的实施方式是从属权利要求的主题。

按照一种有利的设计方案，电能存储器模块与第一电能存储器接头直接导电连接。因此，能够降低用于电能存储器的布线耗费。

此外有利的是，能量存储器控制装置设定用于，借助于第一信号接头来发送针对直流变压器的控制指令。由此，直流变压器或者说直流变压器的至少一个组件、例如第一直流变压器切换单元能够由能量存储器控制装置控制。

有利地，电能存储器具有至少一个传感器，其中，能量存储器控制装置设定用于接收并且分析传感器的测量值并且基于这种分析来发送控制指令。因此，能够借助于传感器来检测对安全至关重要的状态并且能够由能量存储器控制装置发送控制指令以用于对安全至关重要的状态做出反应。

按照另一有利的设计方案，电能存储器具有第二能量存储器接头，其中，第二能量存储器接头能够与电能存储器模块导电连接，其中，在第二能量存储器接头与电能存储器模块之间布置有第一能量存储器切换单元。借助于第二能量存储器接头，电能存储器模块能够与耗电器、例如车辆的车载电网导电连接。在此，第一能量存储器切换单元设定用于将这种导电连接分隔开。

按照另一有利的设计方案，第二能量存储器接头能够与第一能量存储器接头导电连接，其中，在第二能量存储器接头与第一能量存储器接头之间布置有第二能量存储器切换单元。因此，耗电器能够通过这种连接由直流变压器馈电、尤其能够直接馈电。也就是说，不需要首先对电能存储器模块充电并且由电能存储器模块对耗电器进行馈电。

直流变压器具有直流变压器控制装置、用于与外部的尤其如前面所说明的或者说根据涉及电能存储器的权利要求中任一项所述的电能存储器导电连接的第一直流变压器接头、第一直流变压器切换单元以及直流变压器单元，就该直流变压器而言本发明的核心在于，直流变压器单元能够与第一直流变压器接头导电连接，其中，在直流变压器单元与第一直流变压器接头之间布置有第一直流变压器切换单元，其中，直流变压器控制装置具有用于与电能存储器以传递信号的方式连接的第二信号接头，其中，直流变压器控制装置设定用于，借助于第二信号接头接收控制指令并且将其转发到第一直流变压器切换单元处。

本发明的背景是，第一直流变压器切换单元能够不仅用于保护直流变压器而且也用于保护电能存储器。由此能够降低复杂性。

按照一种有利的设计方案，直流变压器控制装置设定用于，借助于第二信号接头来接收电能存储器的控制指令并且将其转发到第一直流变压器切换单元处。由此，第一直流变压器切换单元能够由电能存储器操控。

在此有利的是，直流变压器控制装置设定用于接收控制指令并且将其直接转发到第一直流变压器切换单元处。因此，能够实现第一直流变压器切换单元的对电能存储器的至关重要的状态的快速的反应。

就电能存储器系统而言本发明的核心在于，电能存储器系统具有如前面所说明的或者说根据涉及电能存储器的权利要求中任一项所述的电能存储器以及如前面所说明的或者说根据涉及直流变压器的权利要求中任一项所述的直流变压器。

本发明的背景是，第一直流变压器切换单元能够不仅用于保护直流变压器而且也用于保护电能存储器。由此能够降低复杂性。在此，在电能存储器中能够节省电能存储器模块与第一能量存储器接头之间的切换单元。由此能够减少构件的数目。在此也有利的是，必须较少地监测切换单元，从而能够降低电能存储器系统的失效风险。

电能存储器系统具有尤其如前面所说明的或者说根据涉及电能存储器的权利要求中任一项所述的至少一个电能存储器以及尤其如前面所说明的或者说根据涉及直流变压器的权利要求中任一项所述的直流变压器，该电能存储器和该直流变压器彼此导电连接，对于用于运行该电能存储器系统的方法而言本发明的核心在于，该方法具有在时间上彼此跟随的方法步骤：其中，在第一方法步骤中检测并且分析电能存储器的传感器的测量值，其中，在第二方法步骤中识别电能存储器的至关重要的运行状态，其中，在第三方法步骤中将控制指令从电能存储器发送到直流变压器处，其中，在第四方法步骤中由直流变压器来实施控制指令并且中断直流变压器与电能存储器之间的导电连接。

本发明的背景是，就电能存储器而言能够节省电能存储器模块与第一能量存储器接头之间的切换单元而不降低电能存储器系统的安全性。由此能够降低构件的数目。在此也有利的是，需要较少地监测切换单元，从而能够降低失效风险。

按照一种有利的设计方案，在第三方法步骤中将控制指令从能量存储器控制装置发送到直流变压器控制装置处并且从直流变压器控制装置尤其直接转发到至少一个第一直流变压器切换单元处，尤其其中，控制指令包括至少断开第一直流变压器切换单元的指令。由此，第一直流变压器切换单元能够在较短的时间内断开以作为对至关重要的运行状态或者说控制指令的反应。

此外有利的是，在第五方法步骤中将电能存储器转换到可靠的状态中并且结束该方法。

在此有利的是，借助于第一能量存储器切换单元和/或第二能量存储器切换单元将电能存储器与第二能量存储器接头分隔开。

此外有利的是，在第四方法步骤之后在第六方法步骤中识别，电能存储器从至关重要的运行状态又回到正常运行状态中，随后电能存储器将另外的控制指令发送到直流变压器处并且闭合电能存储器与直流变压器之间的导电连接，其中，随后该方法以第一方法步骤继续。由此，电能存储器能够在短时间的至关重要的状态中尤其正常地继续运行，从而改善电能存储器的可用性。

只要有意义，上述设计方案和改进方案能够任意地彼此组合。本发明的另外的可行的设计方案、改进方案和实现方式也包括本发明的前述或接下来的关于实施例所说明的特征的并未明确提及的组合。在此特别地，技术人员也会将各个方面作为改善方案或补充方案添加到本发明的相应的基本形式。

附图说明

在接下来的部分中根据实施例来阐释本发明，能够由这些实施例得到按照本发明的另外的特征，然而本发明在其范围方面并不局限于这些特征。这些实施例在附图中示出。

其中：

图1以示意图示出了电能存储器系统1，并且

图2示出了用于运行电能存储器系统1的按照本发明的方法100的示意性的流程图。

具体实施方式

在图1中示出了电能存储器系统1。该电能存储器系统1具有电能存储器10和直流变压器20。

电能存储器10具有至少一个电能存储器模块12、能量存储器控制装置11、第一能量存储器接头17、第二能量存储器接头16、第一能量存储器切换单元14以及第二能量存储器切换单元15。

电能存储器模块12具有至少一个电能存储器单池和至少一个传感器13。该传感器13例如实施为电流传感器或电压传感器或温度传感器。能够分别将传感器13布置在每个电能存储器单池之处或之中，以便检测每个单个的电能存储器单池的运行参数。作为替代方案或附加方案，能够将传感器13布置在电能存储器模块12的壳体之处或之中，以便检测多个电能存储器单池的共同的运行参数。相应的传感器13与能量存储器控制装置11以传递信号的方式连接。能量存储器控制装置11设定用于读出并且分析传感器13的传感器值。

“以传递信号的方式连接”在此不仅理解为有线连接而且也理解为无线连接。

电能存储器模块12导电地、优选地与电能存储器10的第一能量存储器接头17直接连接。第一能量存储器接头17能够与直流变压器20的第一直流变压器接头27导电连接。

电能存储器模块12能够借助于第一能量存储器切换单元14与第二能量存储器接头16导电连接。为此，第一能量存储器切换单元14在由电能存储器模块12、第一能量存储器切换单元14以及第二能量存储器接头16组成的串联电路中布置在电能存储器模块12与第二能量存储器接头16之间。

借助于第二能量存储器接头16，电能存储器10能够与由电能存储器10所馈电的耗电器相连接，尤其与车辆的车载电网相连接。

优选地，第一能量存储器切换单元14具有至少一个半导体开关、尤其至少两个半导体开关，它们成对地反串联地（antiseriell）布置。第一能量存储器切换单元14与能量存储器控制装置11以传递信号的方式连接。能量存储器控制装置11设定用于操控第一能量存储器切换单元14。优选地，第一能量存储器切换单元14具有传感器、例如温度传感器或电流传感器，其中，能量存储器控制装置11设定用于读出并且分析该传感器的传感器信号。

第一能量存储器接头17能够借助于第二能量存储器切换单元15与第二能量存储器接头16导电连接，从而能够直接由直流变压器20对耗电器馈电。第二能量存储器切换单元15在由第一能量存储器接头17、第二能量存储器切换单元15以及第二能量存储器接头16组成的串联电路中布置在第一能量存储器接头17与第二能量存储器接头16之间。第二能量存储器切换单元15与能量存储器控制装置11以传递信号的方式连接。能量存储器控制装置11设定用于操控第二能量存储器切换单元15。

优选地，第二能量存储器切换单元15具有至少一个半导体开关和/或传感器、尤其电流传感器或温度传感器。能量存储器控制装置11设定用于读出并且分析该传感器的传感器值。

能量存储器控制装置11具有第一信号接头18，以用于与直流变压器20的直流变压器控制装置21以传递信号的方式连接。

直流变压器20具有直流变压器控制装置21、直流变压器单元24、第一直流变压器接头27、第二直流变压器接头26、第一直流变压器切换单元23以及第二直流变压器切换单元25。

由第一直流变压器切换单元23、直流变压器单元24以及第二直流变压器切换单元25组成的导电的串联电路布置在第一直流变压器接头27与第二直流变压器接头26之间。在此，直流变压器单元24布置在第一直流变压器切换单元23与第二直流变压器切换单元25之间。

借助于第二直流变压器接头26，直流变压器20能够与另一电能存储器连接，该另一电能存储器连接在附图中未示出。该另外的电能存储器具有下述额定电压，该额定电压不同于、尤其小于电能存储器10的额定电压。

直流变压器单元24具有半导体开关。直流变压器单元24设定用于，将第一直流变压器接头27处的第一直流电压转化成第二直流变压器接头26处的第二直流电压，并且/或者将第二直流变压器接头26处的第二直流电压转化成第一直流变压器接头27处的第一直流电压。

优选地，第一直流电压大于第二直流电压。在此，第一直流电压具有40 V至60 V、尤其48 V的值，或者300 V至900 V、尤其400 V或800 V的值。第二直流电压具有小于50 V、尤其12 V或24 V或48 V的值。

直流变压器控制装置21与第一直流变压器切换单元23和/或第二直流变压器切换单元25和/或直流变压器单元24以传递数据的方式连接。直流变压器控制装置21设定用于操控第一直流变压器切换单元23和/或第二直流变压器切换单元25和/或直流变压器单元24。

优选地，第一直流变压器切换单元23和/或第二直流变压器切换单元25和/或直流变压器单元24具有相应的传感器、尤其温度传感器或电流传感器，其中，直流变压器控制装置21设定用于读出并且分析相应的传感器的传感器值。

直流变压器控制装置21具有第二信号接头28，以用于与直流变压器20的能量存储器控制装置11以传递信号的方式连接。优选地，为此，第一信号接头18和第二信号接头28能够以传递数据的方式连接。

能量存储器控制装置11设定用于，将针对第一直流变压器切换单元23和/或第二直流变压器切换单元25的控制指令发送到直流变压器控制装置21处。由此，能够断开第一直流变压器切换单元23和/或第二直流变压器切换单元25以作为对电能存储器10的至关重要的运行状态的反应，以便保护直流变压器单元24和/或另外的电能存储器。

在图2中示意性地示出了用于运行电能存储器系统1的按照本发明的方法100的流程图。

电能存储器系统1具有彼此导电连接的电能存储器10和直流变压器20，用于运行该电能存储器系统的方法100具有在时间上彼此跟随的方法步骤。

在第一方法步骤101中，检测并且分析电能存储器10的传感器13的、尤其温度传感器的或电压传感器的或电流传感器的测量值。

在第二方法步骤102中，识别电能存储器10的至关重要的运行状态。在此，至关重要的运行状态例如是电能存储器10的过量充电或过热。

在第三方法步骤103中，将控制指令从电能存储器10发送到直流变压器20处。在此，将控制指令从能量存储器控制装置11发送到直流变压器控制装置21处并且从直流变压器控制装置21优选地直接地转发到至少一个第一直流变压器切换单元23处。在此，控制指令包括至少断开第一直流变压器切换单元23的指令。

在第四方法步骤104中，断开直流变压器20的至少一个第一切换单元23，从而中断直流变压器20与电能存储器10之间的导电连接。

在第五方法步骤105中，电能存储器10转换到可靠的状态中。优选地，在此，电能存储器10借助于第一能量存储器切换单元14和/或第二能量存储器切换单元15与第二能量存储器接头16分隔开。此后结束该方法。

替代地在第四方法步骤104之后在第六方法步骤106中识别，电能存储器10从至关重要的运行状态又回到正常运行状态中，其中电能存储器10的所有运行参数处于正常范围中。由此，电能存储器10将另外的控制指令发送到直流变压器20处，因此该直流变压器又至少闭合第一直流变压器切换单元23。此后电能存储器系统1继续运行并且该方法以第一方法步骤101继续。

“电能存储器”在此理解为尤其具有电化学的能量存储器单池的能再充电的能量存储器和/或具有至少一个电化学的能量存储器单池的能量存储器模块和/或具有至少一个能量存储器模块的能量存储器组。能量存储器单池能够实施为锂基的电池单池、尤其锂离子电池单池。替代地，能量存储器单池实施为锂聚合物电池单池或镍金属氢化物电池单池或铅酸电池单池或锂空气电池单池或锂硫电池单池。

车辆在此理解为陆上运输工具（例如载客汽车或载重汽车）或飞行工具或水运工具、尤其至少部分地电驱动的车辆。车辆例如是具有纯电驱动装置的电池电力地驱动的车辆，或者是具有电驱动装置和内燃机的混合动力车辆。

Claims (14)

1.电能存储器（10），其具有能量存储器控制装置（11）、用于与外部的直流变压器（20）导电连接的至少一个第一能量存储器接头（17）以及至少一个电能存储器模块（12），

其特征在于，

所述电能存储器模块（12）与所述第一能量存储器接头（17）导电连接，

其中，所述能量存储器控制装置（11）具有用于与所述直流变压器（20）以传递信号的方式连接的第一信号接头（18），

其中，所述能量存储器控制装置（11）设定用于借助于所述第一信号接头（18）来发送控制指令。

2.根据权利要求1所述的电能存储器（10），

其特征在于，

所述电能存储器模块（12）与所述第一电能存储器接头（17）直接导电连接。

3.根据上述权利要求中任一项所述的电能存储器（10），

其特征在于，

所述能量存储器控制装置（11）设定用于，借助于所述第一信号接头（18）来发送针对所述直流变压器（20）的控制指令。

4.根据上述权利要求中任一项所述的电能存储器（10），

其特征在于，

所述电能存储器（10）具有至少一个传感器（13），

其中，所述能量存储器控制装置（11）设定用于接收并且分析所述传感器（13）的测量值并且基于这种分析来发送所述控制指令。

5.根据上述权利要求中任一项所述的电能存储器（10），

其特征在于，

所述电能存储器（10）具有第二能量存储器接头（16），

其中，所述第二能量存储器接头（16）能够与所述电能存储器模块（12）导电连接，

其中，在所述第二能量存储器接头（16）与所述电能存储器模块（12）之间布置有第一能量存储器切换单元（14）。

6.根据权利要求5所述的电能存储器（10），

其特征在于，

所述第二能量存储器接头（16）能够与所述第一能量存储器接头（17）导电连接，

其中，在所述第二能量存储器接头（16）与所述第一能量存储器接头（17）之间布置有第二能量存储器切换单元（15）。

7.直流变压器（20），其具有直流变压器控制装置（21）、用于与外部的尤其根据上述权利要求中任一项所述的电能存储器（10）导电连接的第一直流变压器接头（27）、第一直流变压器切换单元（23）以及直流变压器单元（24），

其特征在于，

所述直流变压器单元（24）能够与所述第一直流变压器接头（27）导电连接，

其中，在所述直流变压器单元（24）与所述第一直流变压器接头（27）之间布置有第一直流变压器切换单元（23），

其中，所述直流变压器控制装置（21）具有用于与所述电能存储器（10）以传递信号的方式连接的第二信号接头（28），

其中，所述直流变压器控制装置（11）设定用于借助于所述第二信号接头（28）来接收控制指令并且将其转发到所述第一直流变压器切换单元（23）处。

8.根据权利要求7所述的直流变压器（20），

其特征在于，

所述直流变压器控制装置（11）设定用于借助于所述第二信号接头（28）来接收所述电能存储器（10）的控制指令并且将其转发到所述第一直流变压器切换单元（23）处。

9.根据权利要求7或者8所述的直流变压器（20），

其特征在于，

所述直流变压器控制装置（11）设定用于接收所述控制指令并且直接将其转发到所述第一直流变压器切换单元（23）处。

10.电能存储器系统（1），

其特征在于，

所述电能存储器系统（1）具有根据权利要求1至6中任一项所述的电能存储器（10）以及根据权利要求7至9中任一项所述的直流变压器（20）。

11.用于运行电能存储器系统（1）的方法（100），该电能存储器系统具有至少一个尤其根据权利要求1至6中任一项所述的电能存储器（10）以及尤其根据权利要求7至9中任一项所述的直流变压器（20），该电能存储器和该直流变压器彼此导电连接，所述方法具有在时间上彼此跟随的方法步骤：

其中，在第一方法步骤（101）中，检测并且分析所述电能存储器（10）的传感器（13）的测量值，

其中，在第二方法步骤（102）中，识别所述电能存储器（10）的至关重要的运行状态，

其中，在第三方法步骤（103）中，将控制指令从所述电能存储器（10）发送到所述直流变压器（20）处，

其中，在第四方法步骤（104）中，由所述直流变压器（20）实施所述控制指令并且中断所述直流变压器（20）与所述电能存储器（10）之间的导电连接。

12.根据权利要求11所述的方法（100），

其特征在于，

在所述第三方法步骤（103）中，将所述控制指令从能量存储器控制装置（11）发送到所述直流变压器控制装置（21）处并且从所述直流变压器控制装置（21）尤其直接转发到至少一个第一直流变压器切换单元（23）处，

尤其其中，所述控制指令包括至少将所述第一直流变压器切换单元（23）断开的指令。

13.根据权利要求11或者12所述的方法（100），

其特征在于，

在第五方法步骤（105）中，将所述电能存储器（10）转换到可靠的状态中并且结束所述方法。

14.根据权利要求11或者12所述的方法（100），

其特征在于，

在所述第四方法步骤（104）之后在第六方法步骤（106）中识别：所述电能存储器（10）从所述至关重要的运行状态又回到正常运行状态中，随后所述电能存储器（10）将另外的控制指令发送到所述直流变压器（20）处并且闭合所述电能存储器（10）与所述直流变压器（20）之间的导电连接，

其中，随后所述方法（100）以所述第一方法步骤（101）继续。

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