CN116601046A

CN116601046A - 供电系统

Info

Publication number: CN116601046A
Application number: CN202180084798.0A
Authority: CN
Inventors: 吉兰·德佩斯; 西尔万·巴凯; 热罗姆·拉雪兹; 达米安·韦迪耶; 尼古拉斯·勒托
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2023-08-15
Also published as: EP4237273A1; WO2022090558A1; FR3115737A1

Abstract

本发明涉及一种用于电气设备的供电系统，其包括：‑DC电源总线；‑第一电池(BATT1)和第二电池(BATT2)，其并联连接并且均能够在所述DC电源总线上提供第一DC电压；‑辅助电池(B_AUX)，其被配置为提供第二DC电压(U_AUX)；‑控制单元(UC)，其被配置为：从第一电池和第二电池中选择至少一个电池，以便通过将所述至少一个电池连接到DC电源总线来设定DC电源总线上的所述电压；命令将未选择的电池连接到DC电源总线，并通过将辅助电池与未选择的电池串联设置并通过切换所述未选择的电池的电池单元以便控制用于所述辅助电池的充电电流(I_aux)来命令为所述辅助电池(B_AUX)充电。

Description

供电系统

技术领域

本发明涉及一种改进的供电系统，其尤其可用于电动或混合动力车辆。

背景技术

电动或混合动力车辆的牵引是通过使用若干个电能存储电池组合在一起的电池组来实现的。

电池组以已知的方式输送DC电压，直流/交流转换器的任务是转换该DC电压，以便在其两相或三相(根据马达的配置)上向车辆的电动马达输送控制电压。电池组可以包括若干个电池，每个电池本身包括若干个模块并且每个模块通常包括若干个电化学电池单元。该系统可以是可逆的，并且马达的机械制动也可以使得在能量再生模式下对电池组的电池进行充电成为可能。

此外，众所周知，为了向车辆的车载网络(即，例如，前灯、车窗、ABS、动力转向)以及更基本的功能(例如遥控集中打开/闭合)供电，常使用标准的12V(或24V)铅蓄电池。这种额外的铅蓄电池的存在是由于即使在车辆未启动时也需要具有12V的电压，并且需要具有不使牵引电池放电的独立12V电源。在电动或混合动力车辆的情况下，该辅助电池通过DC/DC转换器由车辆的电池组充电，或者在燃烧车辆的情况下由交流发电机充电。

在机动车辆以外的应用中，可能还需要额外的电池来启动系统。

出于重量、体积和成本节约的考虑，希望不使用这种DC/DC转换器(或在内燃机车辆的情况下不使用交流发电机)。在这种情况下，无论系统架构及其操作模式如何，即无论是正常供电模式、(再生)制动模式或在AC网络上充电或放电模式，都需要简单的解决方案来为辅助电池充电。

尤其是，辅助电池的安装必须能够适应通过DC电源总线永久地输送恒定DC电压(例如电动车辆中的48V DC或400V DC)的架构。

专利申请EP20798148A2已经描述了一种用于电动或混合动力车辆的架构，该种架构能够在不使用DC/DC转换器的情况下输送不同的电压水平。

专利申请US2018/043789A1也描述了一种无需DC/DC转换器的供电系统。

然而，这些先前的解决方案通常不适用于同时满足以下两种条件：

-在总线上保持恒定电压，并且

-还可以为辅助电池充电。

因此，本发明的目的是提出一种供电系统，该系统：

-能够在车辆运行时以基本恒定的水平(在5V以内)永久输送DC电压；

-将辅助电池集成到其架构中，且无需使用转换器即可为其充电；

-能够在外部AC网络上充电，同时保持输送DC电压(低压或高压)；

-能够输送AC电压，同时保持输送DC电压；

-尽可能避免使用电气转换器。

此系统将尤其适用于在电动或混合动力车辆中使用以参与车辆的牵引并且还为车辆的各种设备供电。

发明内容

该目的通过一种用于电气设备的供电系统来实现，其包括：

-DC电源总线，

-第一电池，其能够在所述DC电源总线上输送第一DC电压，所述第一电池包括第一电池单元，每个第一电池单元可以在有源状态和无源状态之间切换，

-辅助电池，其被配置为输送不同于第一DC电压的第二DC电压，

-控制单元，

-第二电池，其能够在所述DC电源总线上输送所述第一DC电压，所述第二电池与所述第一电池并联连接，所述第二电池包括第二电池单元，每个第二电池单元可在有源状态和无源状态之间切换，

-第一切换装置，其被布置成用于使第一电池与DC电源总线连接或断开连接，

-第二切换装置，其被布置成用于使第二电池与DC电源总线连接或断开连接，

-第三切换装置，其被配置为是辅助电池与第一电池串联连接或断开连接和/或与第二电池串联连接或断开连接，

所述控制单元被配置为：

o从第一电池和第二电池中选择至少一个电池，以便通过将所述至少一个电池连接到DC电源总线来设定DC电源总线上的所述电压，

o命令将未选择的电池连接到DC电源总线，并通过将辅助电池与未选择的电池串联设置并通过切换所述未选择的电池的电池单元以便控制用于所述辅助电池的充电电流来命令为所述辅助电池充电。

本发明的架构具有完全对称的优点，因为它可以选择所述两个主电池中的一个或另一个来在总线上输送电压，并可使用未选择的电池为辅助电池充电。

根据一个特定特征，第一切换装置被布置成使第一电池与旨在连接到AC网络的充电/放电单元连接或断开连接。

根据另一特定特征，第二切换装置被布置成使第二电池与所述充电/放电单元连接或断开连接。

根据另一特定特征，控制单元被配置为通过使未选择的电池连接到所述充电/放电单元来命令为所述未选择的电池充电。

根据另一特定特征，控制单元被配置为通过将第一电池或第二电池连接到所述充电/放电单元来命令将可变电压输送到所述充电/放电单元。

根据另一特定特征，控制单元被配置为命令将辅助电池与第一电池和第二电池两者串联连接，以便使用存在于DC电源总线上的电流为辅助电池充电。

根据另一个特定特征，控制单元包括用于监测以下参量的装置：

o第一电池的端子间的电压，

o第二电池的端子间的电压，

o辅助电池的端子间的电压，

o流过具有第一电池的第一支路的电流，

o流经具有第二电池的第二支路的电流，

o用于辅助电池的充电电流，

o DC电源总线的电压。

根据另一特定特征，控制单元包括用于基于所监测参量的值来确定和监测第一电池的充电状态、第二电池的充电状态和辅助电池的充电状态的装置。

根据另一特定特征，控制单元包括通过应用辅助电池与所述未选择的电池之间的连接阶段和连接断开阶段来控制辅助电池的充电电流的装置。

根据另一特定特征，第一电池和第二电池均包括串并联连接的若干个电池单元，每个电池单元包括至少一个电容组件和一些切换装置。

本发明还涉及一种在上述供电系统的控制单元中实现的控制方法，所述方法包括以下步骤：

-从第一电池和第二电池中选择至少一个电池，以便通过将所述至少一个电池连接到DC电源总线来在DC电源总线上传输所述电压，

-命令将未选择的电池连接到DC电源总线，并通过将辅助电池与未选择的电池串联设置并通过切换所述未选择的电池的电池单元以便控制用于所述辅助电池的充电电流来命令为所述辅助电池充电。

根据一个特定特征，控制单元被配置为通过使未选择的电池连接到所述充电/放电单元来命令为所述未选择的电池充电。

根据另一特定特征，控制单元被配置为命令将辅助电池与第一电池和第二电池两者串联连接，以便使用存在于DC电源总线上的电流(I_R)为辅助电池充电。

最后，本发明涉及将如上所定义的系统用于电动或混合动力车辆中以便为所述车辆的一个或更多个电气设备供电的用途。

附图说明

其他特征和优点将从以下详细描述中变得明显，该详细描述参考下面列出的附图给出：

-图1示意性地示出了系统的电气架构；

-图2示意性地示出了系统的控制架构；

-图3A、图3B和图3C示出了图1的电气架构，其受控以应用系统的三种操作模式；

-图4说明了在网络上充电时为辅助电池充电的原理；

-图5说明了在系统的两个电池之间切换从而可以持续输送DC电压的原理；

-图6示出了可以在本发明的系统中使用的变压器的实施例的一个示例；

-图7示出了电池单元被切换的电池的实施例的一个示例。

具体实施方式

在说明书的其余部分，术语“DC”表示“直流”，术语“AC”表示“交流”。还将参考“AC电压”来表示可变电压，参考“DC电压”来表示连续电压。

本发明涉及一种用于电气设备的供电系统。该系统尤其适合安装在电动或混合动力车辆中。然后该系统位于车辆上并且可以参与车辆的牵引或参与对车辆的各种设备供电。

该系统包括DC电源总线，该总线包括两条电源线L1、L2，第一DC电压U_DC可施加在这两条电源线L1、L2之间。该电压可以由合适容量的电池组直接生成。对于电动或混合动力车辆中使用的电池组，该第一电压可以是例如48V DC或400V DC。此外，在电动车辆制动的情况下或通过混合动力车辆的内燃机进行充电时，总线上可能出现充电电流。

供电系统因此包括至少一个电池组。

在本发明的上下文中，电池组至少包括第一电池BATT1和第二电池BATT2。

每个电池可包括若干个模块，每个模块包括若干个电能存储电池单元。

“电池单元”是指基本电池单元或一组串联和/或并联设置的基本电池单元。“基本电池单元”可以是存储元件(电池单元、电容组件、微型电池等)、发电机(燃料电池、锌空气堆、光伏电池单元)或所述两者的组合(与缓冲存储元件关联的发电机)。如果可切换电池单元由一组串联和/或并联设置的基本单元组成，则可切换电池可以整体上在有源状态和无源状态之间切换(切换适用于这组基本电池单元的端子)。

电池组旨在输送DC电源总线上可用的第一DC电压U_DC(例如48VDC或400V DC)作为输出。

根据图7所示的本发明的特定特征，电池组的每个电池(图7中的BATT)是根据被称为切换电池单元架构的架构生产的。该解决方案可以取代电池组的输出端处的(DC/DC或DC/AC)转换器。在此架构中，每个电池单元Cell_x都可以被单独控制。串联和/或并联连接的若干个电池单元可形成模块M_y。具体地，电池组的每个电池单元可以凭借合适的切换装置S_x1、S_x2在有源状态和无源状态之间切换，所述合适的切换装置与其电容组件C_x(电池、电容器或超级电容器类型的电容组件)串并联连接。然后，控制系统的任务是控制切换装置，以便使每个电池输送的电压整体变化。此类型的架构是众所周知的，并且尤其在专利申请号WO2013/007810A1、WO2012/117111A1、WO2012/117110A2、WO2012/117/109A1和US9493090B2中有所描述。

参考图1，系统的两个电池BATT1、BATT2并联连接在DC电源总线的两条电源线L1、L2之间，并形成两个不同的支路，这两个支路为具有第一电池BATT1的第一支路和具有第二电池BATT2的第二支路。这两个电池因此可以冗余操作以在DC电源总线上输送DC电压。当这两个电池中的一个正在输送DC电源总线的电压U_DC时，另一个电池可能正在AC网络上充电或为系统外部的组件输送AC电压。

以此方式，系统能够通过选择性地连接这两个分支中的一个或另一个来永久地维持总线上的电压U_DC。

第一支路和第二支路均包括两个连接端子，即第一端子和第二端子，第一端子(第一支路的B1，第二支路的B3)旨在连接到总线的第一电源线L1，第二端子(第一支路的B2，第二支路的B4)旨在连接(直接或间接)到总线的第二电源线L2。下面将看到，切换装置被布置成管理每个分支到DC电源总线的选择性连接。

此外，该系统包括被称为辅助电池B_AUX的第三电池。例如，第三电池可以是铅蓄电池，或者实际上是磷酸铁型电池，其能够输送12V或24V的电压。例如，它可以为车辆的车载网络供电，即，例如为前灯、车窗、ABS、动力转向供电，还可以为更基本的功能供电，如远程控制集中打开/关闭。辅助电池B_AUX包括两个端子B5、B6，以便集成到系统中。

另外，该系统可以具有变压器TR，其形成充电/放电单元并且包括被称为输入端子B7、B8的两个端子和被称为输出端子B9、B10的两个端子。变压器TR的两个输出端子可以连接到AC网络，以便为系统充电。此外，还可以基于整流电压U_AC_r(例如48V AC整流电压)在变压器的输出端处(变压器的两个输出端子B9、B10之间)提供AC电压，所述整流电压由变压器的两个输入端子B7、B8之间的两个电池中的一个或另一个提供。为了在网络上充电，充电电池(BATT1或BATT2)的电池单元以适合于与AC网络同步的方式切换。为此，必须在AC网络上充电的切换架构电池被控制系统控制，使得电池的AC电流与网络的电压完全同相。一种具有将AC网络的电压或其整流图像以及网络和电池之间的交换电流作为输入数据的算法对交换电流进行调节，该交换电流是相对于设定值电流的，该设定值电流本身基本上与网络的电压同相。在一个特定实施例中，经由变压器TR的操作，输入端处(端子B7至端子B8之间)的电势差是输出端子(B9-B10)之间存在的电势差的衰减和整流再现。然后，电流设定值是整流网络电压的图像，或者实际上是与整流网络电压基本同相的整流正弦信号。

变压器可以是任何类型的并由若干个组件组合而成，这使得它可以在AC网络上为电池充电并输送AC电压。实施例的一个示例在图7中呈现并且将在下面描述。

根据本发明的一个特定方面，整个系统可以根据以下各种模式操作：

-第一操作模式(MOD1)，称为正常操作模式：在没有网络的情况下，在DC电源总线上输送恒定的DC电压(例如48V DC或400V DC)。可以仅将一个电池或将两个电池连接到总线以便设定DC电压。这两个电池中的一个也可以被配置为控制用于辅助电池的充电电流。

-第二操作模式(MOD2)，在总线上充电(以再生模式或通过内燃机的充电模式)：系统使用DC电源总线上生成的电流进行充电。这两个电池中的一个或两个电池BATT1、BATT2都可以凭借总线上存在的电流同时充电。也可以控制这两个电池中的一个以便控制用于辅助电池B_AUX的充电电流，然后另一个电池吸收总线上流动的电流与管理辅助电池B_AUX的充电的电池所吸收的电流之间的电流差。作为变型，所述两个电池也可以并联地对辅助电池B_AUX充电，同时在总线上保持恒定的DC电压。

-第三操作模式(MOD3)，在AC网络上充电：系统将两个电池中的一个(BATT1或BATT2)与网络的AC电压同步，以便通过变压器TR充电。因此，这两个电池中只有一个在网络上充电，第二个电池必须维持总线的DC电压(例如48V DC或400V DC)。当电池在网络上充电时，系统本身也可以串联连接辅助电池B_AUX并控制用于辅助电池B_AUX的充电电流。相同的原理适用于在系统外部输送电压U_AC的情况(这是为了向电网输送电力或向外部负载供电)。在后一种情况下，这两个电池中的一个专门用于输送电压U_AC，同时另一个电池则继续在总线上输送恒定的DC电压。有利地，输送电压U_AC的电池的控制可以适应于在输出端(网络或负载)处连接的设备的类型。值得注意的是，如果在输出端处连接的是电网(“车辆到电网”使用)，则电池的控制有利地使得可以控制输出电流相对于网络电压的相位和幅度。

为了选择各种操作模式并可以对辅助电池充电，该系统包括各种切换装置。通常，这些切换装置必须可以：

-将每个电池BATT1、BATT2以不同的方式连接到总线的两条线路或连接到变压器的两个端子；

-使辅助电池B_AUX与第一电池串联连接和/或与第二电池串联连接；

-绕过辅助电池B_AUX。

换言之，就是在DC电源总线的两条线路之间或者在变压器的两个端子之间可以根据需要：

-仅连接第一电池或仅连接第二电池，或

-同时并联连接两个电池，或

-连接第一电池+辅助电池串联的组件，或

-连接第二电池+辅助电池串联的组件，或

-连接第一电池+第二电池+辅助电池的组件。

为了实现这些目标，系统可以包括各种切换装置。参考附图，系统因此可以非限制性地包括：

-第一切换装置C1，其与第一电池BATT1串联布置并且旨在将第一电池连接到总线的第一电源线或连接到变压器的第一端子；

-第二切换装置C2，其与第二电池BATT2串联布置并且旨在将第二电池连接到总线的第一电源线或连接到变压器的第一端子；

-第三切换装置C3，其布置成直接或通过辅助电池B_AUX连接总线的两条电源线之间的第一支路；然后将辅助电池与第一电池串联设置；

-第四切换装置C4，其布置成直接或通过辅助电池B_AUX连接总线的两条电源线之间的第二支路；然后将辅助电池与第二电池串联设置。

例如，第一切换装置C1可以包括布置在第一支路的第一端子和第一电源线之间的第一开关S1和布置在第一支路的第一端子和变压器的第一端子之间的第二开关S2。

例如，第二切换装置C2可以包括布置在第二支路的第一端子和第一电源线之间的第一开关S3和布置在第二支路的第一端子和变压器的第一端子之间的第二开关S4。

例如，第三切换装置C3可以包括布置在第一支路的第二端子与第二电源线之间的第一开关S5和布置在第一支路的第二端子和辅助电池的第一端子之间的第二开关S6，辅助电池的第二端子直接连接到第二电源线。

例如，第四切换装置C4可以包括布置在第二支路的第二端子和第二电源线之间的第一开关S8和布置在第二支路的第二端子与辅助电池的第一端子之间的第二开关S7，辅助电池的第二端子直接连接到第二电源线。

此外，参考图2，为了管理操作模式MOD1、MOD2、MOD3，该系统包括：

-用于测量第一电池的端子间的电压U_batt1的装置；

-用于测量流过第一支路的电流I_batt1的装置；

-用于测量第二电池的端子间的电压U_batt2的装置；

-用于测量流过第二支路的电流I_batt2的装置；

-用于测量变压器的输入端子间的电压U_AC_r的装置；

-用于测量变压器的输出端子间的电压U_AC的装置；

-用于将控制命令传送到各种切换装置的装置；

-用于测量系统的每个电池的电池单元温度的装置。

该系统包括控制和处理单元UC，该控制和处理单元的任务是管理各种操作模式并控制切换装置和每个电池的电池单元，以便实施所选择的操作模式。因此，控制单元包括：

-用于监测以下参量的装置10：

o第一电池的端子间的电压U_batt1，

o第二电池的端子间的电压U_batt2，

o辅助电池的端子间的电压U_aux，

o流过第一支路的电流I_batt1，

o流过第二支路的电流I_batt2，

o辅助电池B_AUX的充电电流I_aux，

o DC电源总线的电压U_DC，

o存在于变压器的输出端子间的电压U_AC，

o存在于变压器的输入端子间的电压U_AC_r；

-基于所监测参量的值来确定和监测第一电池的充电状态SOC_batt1、第二电池的充电状态SOC_batt2和辅助电池的充电状态SOC_aux的装置20；

-用于确定所要应用的操作模式(MOD1、MOD2或MOD3)的装置30，同时考虑各种限制：

o将总线上的电压U_DC保持在基本恒定的水平；

o将第一电池的充电状态和第二电池的充电状态保持在高于所定义的阈值的水平或处于基本相同的水平(例如，平衡电压、或可能由温度、老化、功率可用性等加权的平衡充电状态)；

o将辅助电池的充电状态保持在所定义的阈值之上；

-用于确定将待施加到辅助电池B_AUX的充电电流I_aux_c的装置40；根据辅助电池的充电状态，可能存在调制充电电流I_aux_c的大小以便优化充电质量的情况。在辅助电池的低充电状态SOC_aux中，可以输送大充电电流，并且在充电结束时，充电电流的幅度的减小将使得较深度充电成为可能。在任何情况下，都不得超过最大充电电流。该最大充电电流可以由制造商预先确定(例如取决于温度和不偏离所允许的电压范围的条件)。最佳地，该最大充电电流可取决于辅助电池B_AUX的充电状态、其健康状态及其内部阻抗，以便在不过度损害其充电时间的情况下延长其使用寿命。然后，在应用中，目标之一是保持此辅助电池B_AUX尽可能地充电，以便它保持完全可用。如果直流总线上的电流为负和/或不存在来自网络的AC充电电力，则会利用全部的相位来使辅助电池B_AUX保持在充电状态。应当注意，最坏的操作情况可以是上面总结的被称为“正常”模式MOD1的模式，其中辅助电池B_AUX不一定被充电。在这种情况下，只要辅助电池的充电状态SOC_aux不临界且低于阈值，辅助电池就不会被充电。如果直流总线上需要的电流不是太高，则两个电池中的一个BATT1或BATT2可以切换到电流调节模式以便对辅助电池B_AUX充电。辅助电池与所述两个电池BATT1、BATT2之间的相对容量(以Ah计)的大小使得在大多数情况下，两个电池BATT1、BATT2需要在辅助电池过度放电之前进行充电；因此，这种充电模式相当少见。它可以满足极端情况，例如车辆处于静止或低速(从BATT1和BATT2汲取低功率)状态，而动力转向等附件从辅助电池汲取大电流；

-装置50，其用于为切换装置生成命令以便将系统置于所选择的操作模式，并且用于为两个电池中的一个或另一个的切换电池单元Cell_Batt1、Cell_Batt2生成命令以便调节辅助电池B_AUX的充电电流。

应当注意，考虑到所收集的数据，控制和处理单元UC能够控制从一种操作模式到另一种操作模式的转变，尤其是从第一电池BATT1切换到第二电池BATT2，或者相反，以便在直流总线上输送电压，并执行相同操作以便为辅助电池B_AUX充电。因此可以使系统永久地重新配置，尤其是为了保证系统的良好平衡(在能量、热量等方面)；此优势是通过本文提出的对称结构获得的(这两个主电池可以以相同的方式统计使用，尤其是确保老化和充电状态一致)。

在上面所总结的三种操作模式中的每一种中，可以规定连接到辅助电池B_AUX，以便对其充电，如下详述。

第一操作模式-图3A：这两个电池中的一个(例如第二电池BATT2)连接到DC电源总线，以便在总线上输送电压U_DC，并且辅助电池B_AUX可以与其他电池(此处为第一电池BATT1)串联连接。第二电池BATT2可生成电流I_batt2。因此，第一电池BATT1连接到总线以便汲取充电电流I_batt1并被控制单元控制，以便输送适合于对辅助电池B_AUX进行充电的充电电流I_aux。当然，可以将第一电池和第二电池之间的操作反转。

图3A说明了用于实现此第一操作模式的系统架构。在图3A中，可以看出：

-通过闭合开关S3和开关S8，第二支路连接到DC电源总线。

-通过闭合开关S1和开关S6，第一支路通过辅助电池连接到DC电源总线。

此操作模式的变型包括：将两个电池BATT1和BATT2连接到DC电源总线，以便在总线上输送电压U_DC，并且通过打开开关S6和S7，使电池B_AUX与电池BATT1和BATT2断开连接。如果在总线上要求高功率，则此操作模式可能是有利的。

第二操作模式-图3B：在DC电源总线上生成(在再生制动模式下或凭借车辆的内燃机生成)电流I_R。此电流I_R可用于为辅助电池充电。因此，辅助电池B_AUX与所述两个电池中的至少一个(例如第一电池BATT1)串联连接，并且所述两个电池中的所述至少一个连接到总线并被控制单元UC控制，以便生成适合于为辅助电池B_AUX充电的充电电流I_aux。第二电池BATT2也可以连接到总线，以便用总线上可用的电流I_R充电。

图3B说明了用于实现第二操作模式的系统架构。在图3B中，可以看出：

-通过闭合开关S3和开关S8，第二支路连接到DC电源总线。

根据辅助电池B_AUX的期望充电电流，也可以通过闭合开关S3和S7并打开开关S8使第二电池BATT2与辅助电池B_AUX串联连接。然后辅助电池B_AUX接收所有充电电流I_R。

应当注意，当辅助电池B_AUX同时与两个电池BATT1、BATT2串联连接时，辅助电池的充电电流I_aux可以不进行调节，然后直接对应于充电电流I_R。

第三操作模式-图3C：这两个电池中的一个或另一个(BATT1)通过变压器TR在AC网络上充电。如有必要，未充电的另一个电池可继续输送DC电压。辅助电池B_AUX可以通过正在充电并连接到AC网络的支路进行充电。辅助电池B_AUX的充电是根据网络的电压水平、流过电池BATT1的电池单元的电流并且根据辅助电池B_AUX的充电状态来控制的。一旦网络电压大于12V，就可以连接辅助电池B_AUX。辅助电池B_AUX的连接时间取决于其充电状态。

图3C说明了用于实现第三操作模式的系统架构。在该图中，可以看出：

-通过闭合开关S3和开关S8，第二支路连接到DC电源总线。

-通过闭合开关S2和开关S6，第一支路通过辅助电池连接到变压器。在这种配置中，应该注意，当变压器的输入端子B7和B8之间的电势差降至低于存在于辅助电池的端子间的电压U_aux时，可能需要打开开关S6并关闭开关S5。

图4说明了第三操作模式的操作原理。此图示出了示意性说明了在辅助电池B_AUX充电时与其连接和断开连接的原理的时序图。在该图中，可以看出，当电压U_AC超过12V时，辅助电池B_AUX连接，该连接的持续时间段为T1。在此配置中，由于辅助电池B_AUX看到与其连接的电池的所有充电电流，因此为了调节输送到辅助电池的功率，辅助电池B_AUX断开连接，该断开连接的持续时间段为T2。此断开连接时间段T2可以具有介于0至将时间段T1的开始与时间段T3的结束分开的时间间距的任何宽度。同样，从时间段T2落在时间段T1的开始和时间段T3的结束之间的时刻开始，时间段T2可以具有任何时间位置处。作为变型，在时间段T1的开始和时间段T3的结束之间，时间段T2可以以若干个不连续区域的形式分布。

图5所示的示意图图示了在AC网络上充电时不修改辅助电池充电原理的前提下如何切换两个电池BATT1、BATT2。

为了切换电池组的每个支路执行的功能并因此保持电压U_DC，控制单元UC必须遵循以下步骤：

-最初，两个电池中的一个(BATT1)输送电压U_DC，另一个电池(BATT2)连接到变压器，以便输送在系统外有用的AC电压或在AC网络上充电。

-在t1：命令将第二电池BATT2的电池单元切换，以便停止充电(例如，在零电压)。

-在t2：控制第二切换装置C2，以便使电池BATT2与网络断开连接。

-在t3：命令将第二电池BATT2的电池单元切换，以便生成电压V_DC(例如48V DC或400V DC)。

-在t4：控制第一切换装置C1和第二切换装置C2，以便将第一电池BATT1和第二电池BATT2连接到DC电源总线。然后两个电池并联以输送电压U_DC。

-在t5：命令将第一电池的电池单元切换，以便使第一电池停止输送电压U_DC。

-在t6：控制第一切换装置C1，以便使第一电池BATT1与DC电源总线断开连接。

-在t7：命令将第一电池BATT1的电池单元切换，以便跟随网络电压U_AC。

-在t8：控制第一切换装置，以便将第一电池BATT1连接到网络(或以便输送在系统外有用的电压)。

当在这两个主电池之间切换时，如上结合图4所解释的连接辅助电池的原理仍然有效。

参考图6，即使它不构成本发明的核心部分，也应该注意，变压器TR可以是与有源整流桥相关联的简单50/60Hz变压器。该50/60Hz变压器使得可以在整流之前降低AC网络的电压以生成与第一电池BATT1和第二电池BATT2可以管理的电压兼容的电压。

·当在网络上充电时，其整流桥可能因此处于无源模式，相当于二极管或有源桥，以减少开关中的损耗。

·当生成AC电压(例如110V或230V AC)时，需要控制其整流桥，使其产生正负半波，两个电池BATT1和BATT2只能生成正向电弧。然后变压器确实看到了AC电压，这对变压器的操作来说是必不可少的。

作为变型，也可以使用体积较小的被称为HF(“高频”)变压器的变压器。然后是在高频(通常>10kHz)下使输入电压的极性变化，然后使其流入高频变压器。在该变压器的输出端，高频电压被整流，如果要恢复负极性，可能需要将两个“低频”半波中的一个反转。

在图6的下方，可以看到每个阶段对信号的影响。从合适的命令被发送到开关的那一刻起，操作的功率就是双向的。因此，既可以从网络充电，也可以从电池输送类似于网络电压的AC电压。

从前面的文本中可以理解，该解决方案具有许多优点，其中：

-通过使所述两个电池冗余，可以在DC电源总线上永久输送恒定电压；

-可以在所有操作模式下为辅助电池充电；

-可以在没有特定DC/DC或DC/AC转换器的情况下，输送实现操作模式所需的各种电压；

-可以为系统外部的组件输送AC电压。

Claims

1.一种用于电气设备的供电系统，其包括：

-DC电源总线，

-第一电池(BATT1)，其能够在所述DC电源总线上输送第一DC电压，所述第一电池包括第一电池单元，所述第一电池单元中的每一个能够在有源状态和无源状态之间切换，

-辅助电池(B_AUX)，其被配置为输送不同于所述第一DC电压的第二DC电压(U_AUX)，

-控制单元(UC)，

其特征在于，所述供电系统包括：

-第二电池(BATT2)，其能够在所述DC电源总线上输送所述第一DC电压，所述第二电池与所述第一电池并联连接，所述第二电池包括第二电池单元，所述第二电池单元中的每一个能够在有源状态和无源状态之间切换，

-第一切换装置(C1)，其布置成使所述第一电池与所述DC电源总线连接或断开连接，

-第二切换装置(C2)，其布置成使所述第二电池与所述DC电源总线连接或断开连接，

-第三切换装置(C3、C4)，其被配置为使所述辅助电池与所述第一电池串联连接或断开连接和/或与所述第二电池串联连接或断开连接，

所述控制单元(UC)被配置为：

o从所述第一电池和所述第二电池中选择至少一个电池，以便通过将所述至少一个电池连接到所述DC电源总线来设定DC电源总线上的所述电压，

o命令将未选择的电池连接到所述DC电源总线，并通过将辅助电池(B_AUX)与未选择的电池串联设置并通过切换所述未选择的电池的电池单元以便控制用于所述辅助电池的充电电流(I_aux)来命令为所述辅助电池(B_AUX)充电。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一切换装置(C1)被布置成使所述第一电池与旨在连接到AC网络的充电/放电单元连接或断开连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二切换装置(C2)被布置成使所述第二电池与所述充电/放电单元连接或断开连接。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制单元(UC)被配置为通过使未选择的电池连接到所述充电/放电单元来命令为所述未选择的电池充电。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制单元(UC)被配置为通过将所述第一电池或所述第二电池连接到所述充电/放电单元来命令将可变电压输送到所述充电/放电单元。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制单元(UC)被配置为命令将所述辅助电池(B_AUX)与所述第一电池(BATT1)和所述第二电池(BATT2)两者串联连接，以便使用存在于所述DC电源总线上的电流(I_R)为所述辅助电池充电。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制单元包括用于监测以下参量的装置(10)：

o所述第一电池的端子间的电压(U_batt1)，

o所述第二电池的端子间的电压(U_batt2)，

o所述辅助电池的端子间的电压(U_aux)，

o流过具有所述第一电池的第一支路的电流(I_batt1)，

o流过具有所述第二电池的第二支路的电流(I_batt2)，

o用于所述辅助电池(B_AUX)的充电电流(I_aux)，

o所述DC电源总线的电压(U_DC)。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制单元(UC)包括用于基于所监测参量的值来确定和监测所述第一电池的充电状态(SOC_batt1)、所述第二电池的充电状态(SOC_batt2)和所述辅助电池的充电状态(SOC_aux)的装置(20)。

9.根据权利要求1至8之一所述的系统，其特征在于，所述控制单元包括通过应用所述辅助电池与所述未选择的电池之间的连接阶段和连接断开阶段来控制所述辅助电池(B_AUX)的充电电流(I_aux)的装置。

10.根据权利要求1至9之一所述的系统，其特征在于，所述第一电池和所述第二电池均包括串并联连接的若干个电池单元，每个电池单元包括至少一个电容组件和一些切换装置。

11.一种在根据前述权利要求之一所限定的供电系统的控制单元(UC)中实现的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

-从所述第一电池和所述第二电池中选择至少一个电池，以便通过将所述至少一个电池连接到所述DC电源总线来在所述DC电源总线上输送所述电压，

-命令将所述未选择的电池连接到所述DC电源总线，并且通过将所述辅助电池(B_AUX)与所述未选择的电池串联设置并通过切换所述未选择的电池的电池单元以便控制用于所述辅助电池的充电电流(I_aux)来命令为所述辅助电池(B_AUX)充电。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述控制单元被配置为通过使所述未选择的电池连接到充电/放电单元来命令为所述未选择的电池充电。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述控制单元被配置为命令将所述辅助电池与所述第一电池(BATT1)和所述第二电池(BATT2)两者串联连接，以便使用存在于所述DC电源总线上的电流(I_R)为所述辅助电池(B_AUX)充电。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述控制单元(UC)被配置为通过将所述第一电池或所述第二电池连接到所述充电/放电单元来命令将可变电压输送到所述充电/放电单元。

15.一种将根据权利要求1至10之一所限定的系统用于电动或混合动力车辆中以便为所述车辆的一个或更多个电气设备供电的用途。