DE102011118716A1 - Storage system for e.g. supplying electrical energy for electric drive of electric car, has semiconductor switch connected in series with contactors and accumulator, and blocking in opened bidirectional manner - Google Patents

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Abstract

The system (10) has two contactors (14, 15) connected with a positive terminal (12) and a negative terminal (13), respectively. An accumulator (16.1) is connected in series between the contactors. A semiconductor switch (23) e.g. MOSFET, conducts in a closed bidirectional manner and blocks in an opened bidirectional manner. The switch is connected in series with the contactors and the accumulator. The switch includes enhancement type n-channel power MOSFETs, which are connected so that a discharging current path (Ie) and a charging current path (Il) run through the respective MOSFETs. Independent claims are also included for the following: (1) a method for discharging a storage system for electrical energy (2) a method for charging a storage system for electrical energy.

Description

Die Erfindung betrifft ein Speichersystem für elektrische Energie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Entladen eines derartigen Speichersystems und ein Verfahren zum Laden eines derartigen Speichersystems. Derartige Speichersysteme sind besonders für den Einsatz in Elektrofahrzeugen geeignet.The invention relates to a storage system for electrical energy according to the preamble of claim 1, a method for unloading such a storage system and a method for loading such a storage system. Such storage systems are particularly suitable for use in electric vehicles.

Im Stand der Technik sind Elektrofahrzeuge, also Fahrzeuge mit Elektroantrieb wie beispielsweise Hybridautos und reine Elektroautos, bekannt, die Traktionsakkumulatoren für die elektrische Energieversorgung des Elektroantriebs umfassen. Diese Traktionsakkumulatoren sind in Reihe geschaltet und bilden ein Speichersystem für elektrische Energie, das an ein Hochspannungsbordnetz angeschlossen und typischerweise beim Entladen in dieses einen Strom von über 100 A bei einer Gleichspannung von über 100 V speisen und beim Laden aus diesem Gleichstrom beziehen.In the prior art are electric vehicles, ie electric vehicles such as hybrid cars and pure electric cars, known to include traction batteries for the electrical power supply of the electric drive. These traction batteries are connected in series and form an electrical energy storage system which is connected to a high voltage vehicle electrical system and typically when discharging into this one current of over 100 A with a DC voltage of over 100 V and obtain when charging from this DC.

Die Druckschrift DE 10 2009 020 178 A1 betrifft ein System zum Speichern von Energie und bildet die Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1. Diese Druckschrift offenbart ein Energiespeichersystem mit einem ersten Energiespeicher und einem in Serie geschalteten zweiten Energiespeicher. Jeder der beiden Energiespeicher weist eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Energiespeicherzellen auf, die beliebige elektrochemische Speicher wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batteriezellen sein können. Der erste Energiespeicher weist eine erste Steuereinheit zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des ersten Energiespeichers auf. Zur Steuerung des Energiespeichers ist die erste Steuereinheit über Steuerleitungen mit zwei Schützen verbunden. Durch ein Öffnen der Schütze kann der erste Energiespeicher von dem Energiespeichersystem abgetrennt werden. Der zweite Energiespeicher weist eine zweite Steuereinheit zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des zweiten Energiespeichers auf. Zur Steuerung des zweiten Energiespeichers ist die zweite Steuereinheit über Steuerleitungen mit zwei Schützen verbunden. Durch ein Öffnen der Schütze kann der zweite Energiespeicher von dem Energiespeichersystem abgetrennt werden. Die Energiebereitstellung von dem Energiespeichersystem und die Energieeinspeisung in das Energiespeichersystem erfolgen über zwei Leistungsanschlüsse, von denen der eine mit einem der Schütze der ersten Steuereinheit und der andere mit einem der Schütze der zweiten Steuereinheit verbunden ist. Das andere Schütz der ersten Steuereinheit ist über eine Sicherung mit dem anderen Schütz der zweiten Steuereinheit verbunden.The publication DE 10 2009 020 178 A1 relates to a system for storing energy and forms the basis for the preamble of claim 1. This document discloses an energy storage system with a first energy storage and a second energy storage connected in series. Each of the two energy storage devices has a plurality of energy storage cells connected in series, which can be any desired electrochemical storage, such as lithium-ion battery cells. The first energy store has a first control unit for controlling the operation and monitoring of the state of the first energy store. To control the energy storage, the first control unit is connected via control lines with two shooters. By opening the contactors of the first energy storage can be separated from the energy storage system. The second energy store has a second control unit for controlling the operation and monitoring of the state of the second energy store. For controlling the second energy store, the second control unit is connected via control lines with two contactors. By opening the contactors of the second energy storage can be separated from the energy storage system. The energy supply from the energy storage system and the energy feed into the energy storage system via two power terminals, one of which is connected to one of the contactors of the first control unit and the other with one of the contactors of the second control unit. The other contactor of the first control unit is connected via a fuse with the other contactor of the second control unit.

Falls zum Trennen der Energiespeicher, was beispielsweise aufgrund einer Notsituation erforderlich sein kann, die Schütze unter Last, also bei fließendem Strom geöffnet werden müssen, so sind die Schaltzeiten von ungefähr 25 bis 30 ms sehr groß.If, for disconnecting the energy storage, which may be required, for example due to an emergency situation, the contactors under load, so must be opened with flowing current, the switching times of about 25 to 30 ms are very large.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Speichersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein schnelleres Trennen bei Last zu ermöglichen sowie ein Verfahren zum Entladen eines derartigen Speichersystems und ein Verfahren zum Laden eines derartigen Speichersystems zu schaffen.The object of the invention is to enable a faster disconnection under load in a storage system according to the preamble of claim 1 and to provide a method for unloading such a storage system and a method for loading such a storage system.

Diese Aufgabe wird durch ein Speichersystem gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zum Entladen eines Speichersystems für elektrische Energie gemäß Anspruch 7 und ein Verfahren zum Laden eines Speichersystems für elektrische Energie gemäß Anspruch 12 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by a memory system according to claim 1, a method for discharging an electrical energy storage system according to claim 7 and a method for charging an electrical energy storage system according to claim 12. Further embodiments are described in the subclaims.

Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt ein Speichersystem für elektrische Energie, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, vor, umfassend

  • – Plusanschluss und einen einen Minusanschluss;
  • – ein erstes Schütz, das mit dem Plusanschluss verbunden ist;
  • – ein zweites Schütz, das mit dem Minusanschluss verbunden ist;
  • – wenigstens einen Akkumulator, der in Reihe zwischen den beiden Schützen geschaltet ist;
  • – einen Halbleiterschalter, der geschlossen bidirektional leitet und geöffnet bidirektional sperrt; wobei
  • – der Halbleiterschalter in Reihe mit den Schützen und dem wenigstens einen Akkumulator geschaltet ist.
According to a first aspect, the invention proposes a storage system for electrical energy, in particular for an electric vehicle, comprising
  • - plus connection and one a minus connection;
  • A first contactor connected to the positive terminal;
  • A second contactor connected to the negative terminal;
  • - At least one accumulator, which is connected in series between the two shooters;
  • - A semiconductor switch, the bidirectionally conducts closed and bi-directionally open locks; in which
  • - The semiconductor switch is connected in series with the contactors and the at least one accumulator.

Die Schütze dienen zur galvanischen Trennung der Akkumulatoren des vorgeschlagenen Speichersystems von einer an den Plusanschluss und den Minusanschluss angeschlossenen Last oder Energiequelle. Da der Halbleiterschalter in Reihe mit den Schützen und dem wenigstens einen Akkumulator geschaltet ist und im Vergleich zu den bekannten Schützen deutlich kürze Schaltzeiten auch unter Last hat, ermöglicht das vorgeschlagene Speichersystem im Vergleich zu dem aus DE 10 2009 020 178 A1 bekannten Speichersystem ein schnelleres Trennen bei Last. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Halbleiterschalter vor oder gleichzeitig mit den Schützen zum Öffnen angesteuert wird. In diesem Fall können die Schütze ohne Last oder stromlos öffnen, was im Vergleich zum Öffnen unter Last deutlich schneller und mit deutlich weniger Verschleiß verbunden ist. Außerdem können preiswertere Schütze verbaut werden, da sie nicht mehr für ein Öffnen unter Last ausgelegt sein müssen.The contactors are used to galvanically isolate the accumulators of the proposed storage system from a load or power source connected to the positive and negative terminals. Since the semiconductor switch is connected in series with the contactors and the at least one accumulator and compared to the known shooters has significantly shorter switching times even under load, the proposed storage system allows in comparison to the DE 10 2009 020 178 A1 known storage system faster disconnection under load. This can be achieved, for example, by the semiconductor switch being actuated to open before or simultaneously with the contactors. In this case, the contactors can open without load or without current, which is significantly faster and significantly less wear compared to opening under load. In addition, cheaper contactors can be installed, since they no longer have to be designed for opening under load.

Das vorgeschlagene Speichersystem kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise wenigstens ein weiteres Schütz und/oder wenigstens einen weiteren Akkumulator und/oder wenigstens einen weiteren Halbleiterschalter umfassen. The proposed storage system may be formed as desired in any manner and include, for example, at least one further contactor and / or at least one further accumulator and / or at least one further semiconductor switch.

Jeder Halbleiterschalter kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise wenigstens einen MOSFET und/oder wenigstens einen IGBT und/oder wenigstens einen Thyristor umfassen.Each semiconductor switch may be formed as desired in any manner and include, for example, at least one MOSFET and / or at least one IGBT and / or at least one thyristor.

Die Position des Halbleiterschalters in der Reihenschaltung mit Schützen und Akkumulatoren kann nach Bedarf beliebig gewählt werden. So kann der Halbleiterschalter beispielsweise zwischen dem Plusanschluss und dem ersten Schütz oder zwischen dem ersten Schütz und einem ersten Akkumulator oder zwischen zwei benachbarten Akkumulatoren oder zwischen dem ersten oder dem letzten Akkumulator und dem zweiten Schütz oder zwischen dem zweiten Schütz und dem Minusanschluss liegen.The position of the semiconductor switch in the series circuit with contactors and accumulators can be arbitrarily selected as needed. For example, the semiconductor switch can be located between the positive terminal and the first contactor or between the first contactor and a first accumulator or between two adjacent accumulators or between the first or the last accumulator and the second contactor or between the second contactor and the negative terminal.

Es kann vorgesehen sein, dass

  • – der Halbleiterschalter einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor umfasst;
  • – die Transistoren derart geschaltet sind, dass ein Entladestrompfad, der zum Plusanschluss weist, zumindest durch den ersten Transistor und ein Ladestrompfad, der zum Minusanschluss weist, zumindest durch den zweiten Transistor verläuft.
It can be provided that
  • - The semiconductor switch comprises a first transistor and a second transistor;
  • - The transistors are connected such that a Entladestrompfad, which points to the positive terminal, at least through the first transistor and a charging current path, which points to the negative terminal, at least through the second transistor.

Dadurch kann zumindest mit dem ersten Transistor oder mit beiden Transistoren ein Entladestrom, den die Akkumulatoren in eine an den Plusanschluss und den Minusanschluss angeschlossene Last speisen, und zumindest mit dem zweiten Transistor oder mit beiden Transistoren ein Ladestrom, den die Akkumulatoren von einer an den Plusanschluss und den Minusanschluss angeschlossenen elektrischen Energiequelle beziehen, schnell und verschleißarm ein- und ausgeschaltet werden. Die Last kann beispielsweise ein Hochspannungsbordnetz eines Elektrofahrzeugs, das beispielsweise einen Elektromotor aufweist, sein, und die Energiequelle kann beispielsweise ein Hochspannungsbordnetz eines Elektrofahrzeugs, das beispielsweise einen Generator und/oder Brennstoffzellen aufweist, sein.As a result, at least with the first transistor or with both transistors, a discharge current fed by the accumulators into a load connected to the positive terminal and the negative terminal, and at least to the second transistor or with both transistors, a charging current, the accumulators from one to the positive terminal Refer to the minus power supply connected electrical power source, quickly and low wear on and off. The load may be, for example, a high voltage electrical system of an electric vehicle having, for example, an electric motor, and the power source may be, for example, a high voltage electrical system of an electric vehicle having, for example, a generator and / or fuel cells.

Die Transistoren können nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet und/oder geschaltet und/oder angesteuert sein. So können die Transistoren beispielsweise derart ausgebildet und/oder geschaltet und/oder angesteuert sein, dass der Entladestrompfad durch den ersten Transistor, aber nicht durch den zweiten Transistor verläuft, falls der erste Transistor geschlossen und der zweite Transistor geschlossen oder geöffnet ist, oder dass der Entladestrompfad sowohl durch den ersten Transistor als auch durch den zweiten Transistor verläuft, falls beide Transistoren geschlossen sind. Alternativ oder zusätzlich können die Transistoren beispielsweise derart ausgebildet und/oder geschaltet und/oder angesteuert sein, dass der Entladestrompfad gesperrt ist, falls der erste Transistor geöffnet und der zweite Transistor geschlossen oder geöffnet ist. Alternativ oder zusätzlich können die Transistoren beispielsweise derart ausgebildet und/oder geschaltet und/oder angesteuert sein, dass der Ladestrompfad durch den zweiten Transistor, aber nicht durch den ersten Transistor verläuft, falls der zweite Transistor geschlossen und der erste Transistor geschlossen oder geöffnet ist, oder dass der Ladestrompfad sowohl durch den zweiten Transistor als auch durch den ersten Transistor verläuft, falls beide Transistoren geschlossen sind. Alternativ oder zusätzlich können die Transistoren beispielsweise derart ausgebildet und/oder geschaltet und/oder angesteuert sein, dass der Ladestrompfad gesperrt ist, falls der zweite Transistor geöffnet und der erste Transistor geschlossen oder geöffnet ist.The transistors may be formed and / or switched and / or driven as required in any desired manner. For example, the transistors can be designed and / or switched and / or driven such that the discharge current path passes through the first transistor but not through the second transistor, if the first transistor is closed and the second transistor is closed or opened, or Entladestrompfad passes through both the first transistor and the second transistor, if both transistors are closed. Alternatively or additionally, for example, the transistors may be designed and / or switched and / or driven such that the discharge current path is blocked if the first transistor is open and the second transistor is closed or opened. Alternatively or additionally, the transistors may for example be designed and / or switched and / or controlled such that the charging current path through the second transistor, but not through the first transistor, if the second transistor is closed and the first transistor is closed or opened, or that the charging current path extends through both the second transistor and the first transistor, if both transistors are closed. Alternatively or additionally, the transistors may for example be designed and / or switched and / or controlled such that the charging current path is blocked if the second transistor is opened and the first transistor is closed or opened.

Die Position der Transistoren in der Reihenschaltung mit Schützen und Akkumulatoren kann nach Bedarf beliebig gewählt werden. So kann beispielsweise der erste Transistor zwischen dem Plusanschluss und dem ersten Schütz oder zwischen dem ersten Schütz und einem ersten Akkumulator oder zwischen zwei benachbarten Akkumulatoren oder zwischen dem ersten oder dem letzten Akkumulator und dem zweiten Schütz oder zwischen dem zweiten Schütz und dem Minusanschluss liegen. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise der zweite Transistor zwischen dem Plusanschluss und dem ersten Schütz oder zwischen dem ersten Schütz und dem ersten Akkumulator oder zwischen zwei benachbarten Akkumulatoren oder zwischen dem ersten oder dem letzten Akkumulator und dem zweiten Schütz oder zwischen dem zweiten Schütz und dem Minusanschluss liegen.The position of the transistors in the series circuit with contactors and accumulators can be arbitrarily selected as needed. For example, the first transistor may be between the positive terminal and the first contactor or between the first contactor and a first accumulator or between two adjacent accumulators or between the first or the last accumulator and the second contactor or between the second contactor and the negative terminal. Alternatively or additionally, for example, the second transistor may be between the positive terminal and the first contactor or between the first contactor and the first accumulator or between two adjacent accumulators or between the first or the last accumulator and the second contactor or between the second contactor and the negative terminal ,

Jeder Transistor kann nach Bedarf beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als MOSFET, insbesondere Leistungs-MOSFET, oder IGBT.Each transistor can be configured as desired, for example, as a MOSFET, in particular power MOSFET, or IGBT.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass

  • – der Halbleiterschalter weiter eine erste Diode und eine zweite Diode umfasst;
  • – die erste Diode gegensinnig zu dem ersten Transistor und die zweite Diode gegensinnig zu dem zweiten Transistor geschaltet ist.
It is preferably provided that
  • - The semiconductor switch further comprises a first diode and a second diode;
  • - The first diode in opposite directions to the first transistor and the second diode is connected in opposite directions to the second transistor.

Die Dioden stellen somit Freilaufdioden dar, die verhindern, dass der jeweilige Transistor bei Inversbetrieb beschädigt wird.The diodes thus represent freewheeling diodes, which prevent the respective transistor from being damaged during inverse operation.

Jede Diode kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Body-Diode des MOSFET oder als Schottky-Diode. Each diode may be formed as desired in any manner, for example, as a body diode of the MOSFET or as a Schottky diode.

Es kann vorgesehen sein, dass das Speichersystem weiter umfasst wenigstens einen Vorladewiderstand, der derart geschaltet ist, dass ein Vorladestrompfad, der zum Plusanschluss weist, durch ihn verläuft, falls der Halbleiterschalter sperrt.It can be provided that the memory system further comprises at least one precharge resistor, which is connected in such a way that a precharge current path, which points to the positive terminal, runs through it, if the semiconductor switch blocks.

Mit Hilfe dieses Vorladewiderstand kann beispielsweise eine Vorladung eines Zwischenkreiskondensators, der lastseitig an den Plusanschluss und den Minusanschluss gekoppelt ist, erreicht werden, wobei die Akkumulatoren, aber auch das komplette Hochspannungsbordnetz samt Speichersystem und angeschlossenen Lasten, Energiequellen und Zwischenkreiskondensator geschont werden, da der Vorladewiderstand den Vorladestrom begrenzt, der somit kleiner als der Entladestrom ist.With the help of this pre-charging, for example, a pre-charge of an intermediate circuit capacitor, the load side is coupled to the positive terminal and the negative terminal, can be spared, the accumulators, but also the entire high-voltage electrical system including storage system and connected loads, energy sources and DC link capacitor, since the pre-charge the Limited pre-charging current, which is thus smaller than the discharge current.

Der Vorladewiderstand kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise geschaltet sein, beispielsweise parallel zum ersten Transistor oder parallel zum ersten Transistor und zweiten Transistor. Alternativ oder zusätzlich kann er nach Bedarf in den Halbleiterschalter integriert oder separat von ihm geschaltet sein.The precharge resistor may be switched as desired in any manner, for example parallel to the first transistor or parallel to the first transistor and the second transistor. Alternatively or additionally, it can be integrated into the semiconductor switch as required or switched separately from it.

Es kann vorgesehen sein, dass das Speichersystem weiter umfasst wenigstens einen weiteren Akkumulator, wobei

  • – die Akkumulatoren in Reihe geschaltet sind;
  • – die beiden Transistoren, falls die Anzahl der Akkumulatoren gerade ist, zwischen den beiden mittleren Akkumulatoren liegen oder, falls die Anzahl der Akkumulatoren ungerade ist, die beiden Transistoren an anderer Stelle liegen oder der mittlere Akkumulator zwischen den beiden Transistoren liegt.
It can be provided that the storage system further comprises at least one further accumulator, wherein
  • - The accumulators are connected in series;
  • - The two transistors, if the number of accumulators is even, between the two middle accumulators or, if the number of accumulators is odd, the two transistors are elsewhere or the middle accumulator between the two transistors.

Hierdurch wird eine symmetrische Anordnung erreicht. Die beiden Transistoren können nach Bedarf aber auch an anderer Stelle liegen und insbesondere unsymmetrisch angeordnet sein.As a result, a symmetrical arrangement is achieved. However, the two transistors can also be located elsewhere as required and in particular be arranged asymmetrically.

Die Erfindung schlägt gemäß einem zweiten Aspekt ein Verfahren zum Entladen eines Speichersystems für elektrische Energie vor, wobei das Speichersystem umfasst

  • – einen Plusanschluss und einen Minusanschluss;
  • – ein erstes Schütz, das mit dem Plusanschluss verbunden ist;
  • – ein zweites Schütz, das mit dem Minusanschluss verbunden ist;
  • – wenigstens einen Akkumulator, der in Reihe zwischen den beiden Schützen geschaltet ist;
  • – einen Halbleiterschalter, der geschlossen bidirektional leitet und geöffnet bidirektional sperrt; wobei
  • – der Halbleiterschalter in Reihe mit den Schützen und dem wenigstens einen Akkumulator geschaltet ist;
  • – in einem Schritt a) beide Schütze geschlossen werden oder geschlossen bleiben;
  • – in einem Schritt b) der Halbleiterschalter geschlossen wird oder geschlossen bleibt.
According to a second aspect, the invention proposes a method for discharging an electrical energy storage system, the storage system comprising
  • - a positive connection and a minus connection;
  • A first contactor connected to the positive terminal;
  • A second contactor connected to the negative terminal;
  • - At least one accumulator, which is connected in series between the two shooters;
  • - A semiconductor switch, the bidirectionally conducts closed and bi-directionally open locks; in which
  • - The semiconductor switch is connected in series with the contactors and the at least one accumulator;
  • - in a step a) both contactors are closed or remain closed;
  • - In a step b) the semiconductor switch is closed or remains closed.

Beim Entladen speisen die Akkumulatoren einen Gleichstrom in eine an den Plusanschluss und den Minusanschluss angeschlossene Last, die beispielsweise ein Hochspannungsbordnetz eines Elektrofahrzeugs ist, das beispielsweise einen Elektromotor aufweist. Dadurch fließt im Speichersystem ein Entladestrom von dem Minusanschluss durch die Akkumulatoren zu dem Plusanschluss. Da die Schütze und der Halbleiterschalter in Reihe geschaltet sind, kann der Entladestrom, sobald die Schütze und der Halbleiterschalter geschlossen sind, durch die Schütze und den Halbleiterschalter fließen.During discharging, the batteries feed a direct current into a load connected to the positive connection and the negative connection, which is, for example, a high-voltage onboard electrical system of an electric vehicle which has, for example, an electric motor. As a result, a discharge current flows from the negative terminal through the accumulators to the positive terminal in the storage system. Since the contactors and the semiconductor switch are connected in series, as soon as the contactors and the semiconductor switch are closed, the discharge current can flow through the contactors and the semiconductor switch.

Das Speichersystem kann beispielsweise eines der vorgeschlagenen Speichersysteme sein.The storage system may be, for example, one of the proposed storage systems.

Die Schütze können nach Bedarf nacheinander oder gleichzeitig geschlossen werden.The contactors can be closed sequentially or simultaneously as needed.

Die Reihenfolge der Schritte a) und b) kann nach Bedarf beliebig gewählt werden. So kann beispielsweise Schritt a) vor oder gleichzeitig mit oder nach Schritt b) ausgeführt werden. Vorteilhafterweise wird jedoch Schritt a) vor Schritt b) ausgeführt. Hierdurch werden die Schütze geschlossen, solange der Halbleiterschalter noch geöffnet ist und somit den Entladestrom sperrt, sodass dann das Schließen der Schütze stromlos erfolgt.The order of steps a) and b) can be arbitrarily selected as needed. Thus, for example, step a) can be carried out before or simultaneously with or after step b). Advantageously, however, step a) is carried out before step b). As a result, the contactors are closed, as long as the semiconductor switch is still open, thus blocking the discharge, so then the closing of the contactors is de-energized.

Falls bei Beginn des vorgeschlagenen Verfahrens zum Entladen der Halbleiterschalter bereits geschlossen sein sollte, so kann bevorzugt vor Schritt a) in einem Schritt a') der Halbleiterschalter geöffnet werden.If, at the beginning of the proposed method for discharging, the semiconductor switch should already be closed, then preferably before step a) in a step a ') the semiconductor switch can be opened.

Es kann vorgesehen sein, dass

  • – der Halbleiterschalter einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor umfasst;
  • – die Transistoren derart geschaltet sind, dass ein Entladestrom, der zum Plusanschluss weist, durch den ersten Transistor fließt;
  • – in dem Schritt b) zumindest der erste Transistor geschlossen wird oder geschlossen bleibt.
It can be provided that
  • - The semiconductor switch comprises a first transistor and a second transistor;
  • - The transistors are connected such that a discharge current, which points to the positive terminal, flows through the first transistor;
  • - In step b) at least the first transistor is closed or remains closed.

Es kann vorgesehen sein, dass zum Trennen des wenigstens einen Akkumulators von dem Plusanschluss und dem Minusanschluss

  • – in einem Schritt c) der Halbleiterschalter geöffnet wird;
  • – in einem Schritt d) beide Schütze geöffnet werden.
It can be provided that for disconnecting the at least one accumulator from the plus terminal and the minus terminal
  • - In a step c) the semiconductor switch is opened;
  • - In a step d) both contactors are opened.

Dieses Trennen kann insbesondere aufgrund einer Notsituation, beispielsweise eines Unfalls oder eines Defekts, oder einer Reparatur oder Wartung oder eines zu niedrigen Ladezustands der Akkumulatoren erforderlich sein. Sobald die Schütze geöffnet sind, ist das Speichersystem beziehungsweise sind seine Akkumulatoren galvanisch von dem Plusanschluss und dem Minusanschluss getrennt. This disconnection may be required in particular due to an emergency situation, for example an accident or a defect, or a repair or maintenance or a too low state of charge of the accumulators. As soon as the contactors are open, the storage system or its accumulators are galvanically isolated from the positive connection and the negative connection.

Die Schütze können nach Bedarf nacheinander oder gleichzeitig geöffnet werden.The contactors can be opened one after the other or simultaneously as needed.

Die Reihenfolge der Schritte c) und d) kann nach Bedarf beliebig gewählt werden. So kann beispielsweise Schritt c) vor oder gleichzeitig mit oder nach Schritt d) ausgeführt werden. Vorteilhafterweise wird jedoch Schritt c) vor Schritt d) ausgeführt. Hierdurch wird der Halbleiterschalter geöffnet und somit der Entladestrom gesperrt, solange die Schütze noch geschlossen sind, sodass dann das Öffnen der Schütze stromlos erfolgt.The order of steps c) and d) can be arbitrarily selected as needed. For example, step c) may be performed before or simultaneously with or after step d). Advantageously, however, step c) is carried out before step d). As a result, the semiconductor switch is opened, thus blocking the discharge current, as long as the contactors are still closed, so that then the opening of the contactor is de-energized.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass

  • – der Halbleiterschalter einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor umfasst;
  • – die Transistoren derart geschaltet sind, dass ein Entladestrom, der zum Plusanschluss weist, durch den ersten Transistor fließt;
  • – in dem Schritt e) zumindest der erste Transistor geöffnet wird.
It can preferably be provided that
  • - The semiconductor switch comprises a first transistor and a second transistor;
  • - The transistors are connected such that a discharge current, which points to the positive terminal, flows through the first transistor;
  • - In step e) at least the first transistor is opened.

Da der Entladestrom durch den ersten Transistor fließt und auch fließen muss, kann er durch das Öffnen des ersten Transistors unterbrochen werden. Es ist aber auch möglich, beide Transistoren zu öffnen.Since the discharge current flows through the first transistor and must also flow, it can be interrupted by opening the first transistor. But it is also possible to open both transistors.

Es kann vorgesehen sein, dass zum Vorladen eines Zwischenkreiskondensators, der an den Plusanschluss und den Minusanschluss gekoppelt ist,

  • – wenigstens ein Vorladewiderstand derart geschaltet ist, dass durch ihn ein Vorladestrom, der zum Plusanschluss weist, fließt, falls der Halbleiterschalter sperrt;
  • – in einem Schritt e) der Halbleiterschalter geöffnet wird oder geöffnet bleibt;
  • – in einem Schritt f) beide Schütze geschlossen werden oder geschlossen bleiben.
It may be provided that for precharging a link capacitor, which is coupled to the positive terminal and the negative terminal,
  • - At least one precharge resistor is connected such that flows through it a precharge, which has the positive terminal, if the semiconductor switch locks;
  • In a step e) the semiconductor switch is opened or remains open;
  • - in a step f) both contactors are closed or remain closed.

Ein derartiger Zwischenkreiskondensator ist gewöhnlich lastseitig parallel zu einer Last an den Plusanschluss und den Minusanschluss gekoppelt und dient beispielsweise dazu, Spannungsschwankungen zu puffern. Falls dieser Zwischenkreiskondensator ungeladen oder nur schwach geladen sein sollte, so würden die Schritte a) und b) einen anfangs sehr großen Entladestrom bewirken, der die Akkumulatoren zerstören könnte. Dies kann beim vorgeschlagenen Vorladen mit Hilfe des Vorladewiderstands vermieden werden.Such a link capacitor is usually coupled on the load side in parallel to a load to the positive terminal and the negative terminal and serves, for example, to buffer voltage fluctuations. If this DC link capacitor should be uncharged or only slightly charged, then steps a) and b) would cause an initially very large discharge current that could destroy the accumulators. This can be avoided in the proposed pre-charging using the pre-charging resistor.

Falls vom Entladen zum Vorladen übergegangen werden soll, so kann dies einfach durch Schritt e) und durch Schritt f) in der zweiten Alternative erfolgen, da ja in Schritt b) beim Entladen bereits beide Schütze geschlossen wurden und nun einfach geschlossen bleiben. Sobald also der Halbleiterschalter geöffnet ist, kann der Entladestrom nicht mehr durch den Halbleiterschalter fließen, sondern nur noch durch den Vorladewiderstand, sodass nun ein Vorladestrom mit einer entsprechend dem elektrischen Widerstand oder Leitwert des Vorladewiderstands verringerten Stromstärke in dem Speichersystem fließt. Der Halbleiterschalter hat also hier nicht nur die Funktion, das Entladen ein- und auszuschalten, sondern auch die Funktion, das Vorladen ein- und auszuschalten.If it is to be transferred from unloading to pre-loading, this can be done simply by step e) and by step f) in the second alternative, since in step b) both contactors have already been closed during unloading and now simply remain closed. Thus, as soon as the semiconductor switch is opened, the discharge current can no longer flow through the semiconductor switch, but only through the precharge resistor, so that now a precharge current flows with a current intensity corresponding to the electrical resistance or conductance of the precharge resistor in the storage system. The semiconductor switch thus not only has the function of switching the discharging on and off, but also the function of switching the pre-charging on and off.

Die Schütze können nach Bedarf nacheinander oder gleichzeitig geschlossen werden.The contactors can be closed sequentially or simultaneously as needed.

Die Reihenfolge der Schritte e) und f) kann nach Bedarf beliebig gewählt werden. So kann Schritt e) vor oder gleichzeitig mit oder nach Schritt f) ausgeführt wird. Vorteilhafterweise wird jedoch Schritt e) vor Schritt f) in der ersten Alternative ausgeführt, da hierdurch in Schritt f) in der ersten Alternative die Schütze stromlos geschlossen werden.The order of steps e) and f) can be arbitrarily selected as needed. Thus, step e) may be carried out before or simultaneously with or after step f). Advantageously, however, step e) is carried out before step f) in the first alternative, since in step f) the contactors are normally closed in the first alternative.

Die Erfindung schlägt gemäß einem dritten Aspekt ein Verfahren zum Laden eines Speichersystems für elektrische Energie vor, wobei das Speichersystem umfasst

  • – einen Plusanschluss und einen Minusanschluss;
  • – ein erstes Schütz, das mit dem Plusanschluss verbunden ist;
  • – ein zweites Schütz, das mit dem Minusanschluss verbunden ist;
  • – wenigstens einen Akkumulator, der in Reihe zwischen den beiden Schützen geschaltet ist;
  • – einen Halbleiterschalter, der geschlossen bidirektional leitet und geöffnet bidirektional sperrt; wobei
  • – der Halbleiterschalter in Reihe mit den Schützen und dem wenigstens einen Akkumulator geschaltet ist;
  • – in einem Schritt g) beide Schütze geschlossen werden oder geschlossen bleiben;
  • – in einem Schritt h) der Halbleiterschalter geschlossen wird oder geschlossen bleibt.
According to a third aspect, the invention proposes a method for charging an electrical energy storage system, the storage system comprising
  • - a positive connection and a minus connection;
  • A first contactor connected to the positive terminal;
  • A second contactor connected to the negative terminal;
  • - At least one accumulator, which is connected in series between the two shooters;
  • - A semiconductor switch, the bidirectionally conducts closed and bi-directionally open locks; in which
  • - The semiconductor switch is connected in series with the contactors and the at least one accumulator;
  • - in a step g) both contactors are closed or remain closed;
  • - In a step h) the semiconductor switch is closed or remains closed.

Beim Laden beziehen die Akkumulatoren einen Gleichstrom von einer an den Plusanschluss und den Minusanschluss angeschlossenen elektrischen Energiequelle, die beispielsweise ein Hochspannungsbordnetz eines Elektrofahrzeugs ist, das beispielsweise einen Generator und/oder Brennstoffzellen aufweist. Dadurch fließt im Speichersystem ein Ladestrom von dem Plusanschluss durch die Akkumulatoren zu dem Minusanschluss. Da die Schütze und der Halbleiterschalter in Reihe geschaltet sind, kann der Ladestrom, sobald die Schütze und der Halbleiterschalter geschlossen sind, durch die Schütze und den Halbleiterschalter fließen und die Akkumulatoren laden.During charging, the accumulators draw a direct current from an electrical energy source connected to the positive connection and the negative connection, which is, for example, a high-voltage onboard electrical system of an electric vehicle which has, for example, a generator and / or fuel cells. As a result, a charging current flows from the positive terminal through the accumulators to the negative terminal in the storage system. Since the contactors and the semiconductor switch are connected in series, As soon as the contactors and the semiconductor switch are closed, the charging current can flow through the contactors and the semiconductor switch and charge the accumulators.

Das Speichersystem kann beispielsweise eines der vorgeschlagenen Speichersysteme sein.The storage system may be, for example, one of the proposed storage systems.

Die Schütze können nach Bedarf nacheinander oder gleichzeitig geschlossen werden.The contactors can be closed sequentially or simultaneously as needed.

Die Reihenfolge der Schritte g) und h) kann nach Bedarf beliebig gewählt sein. So kann beispielsweise Schritt g) vor oder gleichzeitig mit oder nach Schritt h) ausgeführt werden. Vorteilhafterweise wird jedoch Schritt g) vor Schritt h) ausgeführt. Hierdurch werden die Schütze geschlossen, solange der Halbleiterschalter noch geöffnet ist und somit den Ladestrom sperrt, sodass das Schließen der Schütze stromlos erfolgt.The order of steps g) and h) can be chosen as desired. Thus, for example, step g) can be carried out before or simultaneously with or after step h). Advantageously, however, step g) is carried out before step h). As a result, the contactors are closed, as long as the semiconductor switch is still open and thus blocks the charging current, so that the closing of the contactors is de-energized.

Falls bei Beginn des vorgeschlagenen Verfahrens zum Laden der Halbleiterschalter bereits geschlossen sein sollte, so kann bevorzugt vor Schritt g) in einem Schritt g') der Halbleiterschalter geöffnet werden.If at the beginning of the proposed method for charging the semiconductor switches should already be closed, so preferably before step g) in a step g ') of the semiconductor switch can be opened.

Es kann vorgesehen sein, dass

  • – der Halbleiterschalter einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor umfasst;
  • – die Transistoren derart geschaltet sind, dass ein Ladestrom, der zum Minusanschluss weist, durch den zweiten Transistor fließt;
  • – in dem Schritt h) zumindest der zweite Transistor geschlossen wird oder geschlossen bleibt.
It can be provided that
  • - The semiconductor switch comprises a first transistor and a second transistor;
  • - The transistors are connected such that a charging current, which points to the negative terminal, flows through the second transistor;
  • - In step h) at least the second transistor is closed or remains closed.

Es kann vorgesehen sein, dass zum Trennen des wenigstens einen Akkumulators von dem Plusanschluss und dem Minusanschluss

  • – in einem Schritt i) der Halbleiterschalter geöffnet wird;
  • – in einem Schritt j) beide Schütze geöffnet werden.
It can be provided that for disconnecting the at least one accumulator from the plus terminal and the minus terminal
  • - In a step i) the semiconductor switch is opened;
  • - in a step j) both contactors are opened.

Dieses Trennen kann insbesondere aufgrund einer Notsituation, beispielsweise eines Unfalls oder eines Defekts, oder einer Reparatur oder Wartung oder eines ausreichend hohen Ladezustands der Akkumulatoren erforderlich sein. Sobald die Schütze geöffnet sind, ist das Speichersystem beziehungsweise sind seine Akkumulatoren galvanisch von dem Plusanschluss und dem Minusanschluss getrennt.This disconnection may be required in particular due to an emergency situation, for example an accident or a defect, or a repair or maintenance or a sufficiently high state of charge of the accumulators. As soon as the contactors are open, the storage system or its accumulators are galvanically isolated from the positive connection and the negative connection.

Die Schütze können nach Bedarf nacheinander oder gleichzeitig geöffnet werden.The contactors can be opened one after the other or simultaneously as needed.

Die Reihenfolge der Schritte i) und j) kann nach Bedarf beliebig gewählt sein. So kann beispielsweise Schritt i) vor oder gleichzeitig mit oder nach Schritt j) ausgeführt werden. Vorteilhafterweise wird jedoch Schritt i) vor Schritt j) ausgeführt. Hierdurch wird der Halbleiterschalter geöffnet und somit der Ladestrom unterbrochen, solange die Schütze noch geschlossen sind, sodass diese dann stromlos geöffnet werden können.The order of steps i) and j) can be chosen as desired. For example, step i) may be performed before or simultaneously with or after step j). Advantageously, however, step i) is carried out before step j). As a result, the semiconductor switch is opened and thus the charging current interrupted as long as the contactors are still closed, so that they can then be opened normally.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass

  • – der Halbleiterschalter einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor umfasst;
  • – die Transistoren derart geschaltet sind, dass ein Ladestrom, der zum Minusanschluss weist, durch den zweiten Transistor fließt;
  • – in dem Schritt i) zumindest der zweite Transistor geöffnet wird.
It can preferably be provided that
  • - The semiconductor switch comprises a first transistor and a second transistor;
  • - The transistors are connected such that a charging current, which points to the negative terminal, flows through the second transistor;
  • - In the step i) at least the second transistor is opened.

Da der Ladestrom durch den zweiten Transistor fließt und auch fließen muss, kann er durch das Öffnen des zweiten Transistors unterbrochen werden. Es ist aber auch möglich, beide Transistoren zu öffnen.Since the charging current flows through the second transistor and must also flow, it can be interrupted by opening the second transistor. But it is also possible to open both transistors.

Die Ausführungen zu einem der Aspekte der Erfindung, insbesondere zu einzelnen Merkmalen dieses Aspektes, gelten entsprechend auch analog für die anderen Aspekte der Erfindung.The statements relating to one of the aspects of the invention, in particular to individual features of this aspect, also apply analogously to the other aspects of the invention.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Die daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausführungsformen beschränkt, sondern können mit weiter oben beschriebenen einzelnen Merkmalen und/oder mit einzelnen Merkmalen anderer Ausführungsformen verbunden werden. Die Einzelheiten in den Zeichnungen sind nur erläuternd, nicht aber beschränkend auszulegen. Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszeichen sollen den Schutzbereich der Erfindung in keiner Weise beschränken, sondern verweisen lediglich auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen.Embodiments of the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. However, the individual features resulting therefrom are not limited to the individual embodiments, but can be combined with individual features described above and / or with individual features of other embodiments. The details in the drawings are to be interpreted as illustrative, but not restrictive. The reference signs contained in the claims are not intended to limit the scope of the invention in any way, but merely refer to the embodiments shown in the drawings.

Die Zeichnungen zeigen in:The drawings show in:

1 einen Schaltplan eines Speichersystems für elektrische Energie in einer ersten Ausführungsform; 1 a circuit diagram of an electrical energy storage system in a first embodiment;

2 einen Schaltplan eines Speichersystems für elektrische Energie in einer zweiten Ausführungsform; und 2 a circuit diagram of an electrical energy storage system in a second embodiment; and

3 einen Schaltplan eines Speichersystems für elektrische Energie in einer dritten Ausführungsform. 3 a circuit diagram of an electrical energy storage system in a third embodiment.

In der 1 ist ein Speichersystem 10 für elektrische Energie in einer ersten Ausführungsform zum Anschluss an ein Hochspannungsbordnetz 11 eines Elektrofahrzeugs dargestellt. Dieses Speichersystem 10 umfasst einen Plusanschluss 12, einen Minusanschluss 13, ein erstes Schütz 14, ein zweites Schütz 15, vier Akkumulatoren 16.1, 16.2, 16.3, 16.4 und einen Halbleiterschalter 23.In the 1 is a storage system 10 for electrical energy in a first embodiment for connection to a high voltage electrical system 11 an electric vehicle shown. This storage system 10 includes a positive connection 12 , one negative connection 13 , a first contactor 14 , a second contactor 15 , four accumulators 16.1 . 16.2 . 16.3 . 16.4 and a semiconductor switch 23 ,

An den Plusanschluss 12 und den Minusanschluss 13 ist das Hochspannungsbordnetz 11 angeschlossen, das einen Zwischenkreiskondensator 24, einen Elektromotor 25, der über einen Schalter 25' in das Hochspannungsbordnetz 11 eingekoppelt werden kann, und ein Brennstoffzellenmodul 26, das über einen Schalter 26' in das Hochspannungsbordnetz 11 eingekoppelt werden kann, umfasst. Der Zwischenkreiskondensator 24, der Elektromotor 25 und das Brennstoffzellenmodul 26 sind parallel geschaltet. Der Elektromotor 25 stellt im Motorbetrieb eine elektrische Last und im Generatorbetrieb eine elektrische Energiequelle für das Speichersystem 10 dar. Auch das Brennstoffzellenmodul 26 kann eine elektrische Energiequelle für das Speichersystem 10 darstellen.To the positive connection 12 and the negative connection 13 is the high voltage on-board electrical system 11 connected, the one DC link capacitor 24 , an electric motor 25 that has a switch 25 ' in the high voltage on-board electrical system 11 can be coupled, and a fuel cell module 26 that has a switch 26 ' in the high voltage on-board electrical system 11 can be coupled. The DC link capacitor 24 , the electric motor 25 and the fuel cell module 26 are connected in parallel. The electric motor 25 provides an electrical load during engine operation and an electrical energy source for the storage system during generator operation 10 dar. Also the fuel cell module 26 can be an electrical energy source for the storage system 10 represent.

Das erste Schütz 14 weist einen ersten Hauptstromkontakt, der an den Plusanschluss 12 angeschlossen ist, und einen zweiten Hauptstromkontakt auf, der an den Pluspol des ersten Akkumulators 16.1 angeschlossen ist. Der erste Akkumulator 16.1 ist in Reihe mit dem zweiten Akkumulator 16.2 geschaltet. Das zweite Schütz 15 weist einen ersten Hauptstromkontakt, der an den Minusanschluss 13 angeschlossen ist, und einen zweiten Hauptstromkontakt auf, der an den Minuspol des vierten Akkumulators 16.4 angeschlossen ist. Der vierte Akkumulator 16.4 ist in Reihe mit dem dritten Akkumulator 16.3 geschaltet.The first contactor 14 has a first main power contact connected to the positive terminal 12 is connected, and a second main current contact, to the positive pole of the first accumulator 16.1 connected. The first accumulator 16.1 is in series with the second accumulator 16.2 connected. The second contactor 15 has a first main power contact to the negative terminal 13 is connected, and a second main power contact, which is connected to the negative pole of the fourth accumulator 16.4 connected. The fourth accumulator 16.4 is in series with the third accumulator 16.3 connected.

Der Halbleiterschalter 23 leitet im geschlossenen Zustand bidirektional und sperrt im geöffneten Zustand bidirektional, und er ist in Reihe an den Minuspol des zweiten Akkumulators 16.2 und den Pluspol des dritten Akkumulators 16.3 angeschlossen. Folglich ist er in Reihe mit den Schützen 14, 15 und den Akkumulatoren 16 geschaltet und zudem derart geschaltet, dass ein Entladestrompfad, der zum Plusanschluss 12 weist, und ein Ladestrompfad, der zum Minusanschluss 13 weist, durch ihn verläuft, falls er geschlossen ist und leitet.The semiconductor switch 23 conducts bidirectionally in the closed state and bi-directionally locks in the open state, and it is connected in series to the negative pole of the second accumulator 16.2 and the positive pole of the third accumulator 16.3 connected. Consequently, he is in line with the shooters 14 . 15 and the accumulators 16 switched and also switched such that a discharge current path to the positive terminal 12 points, and a charging path leading to the negative terminal 13 points, passes through it, if it is closed and directs.

Bei dieser ersten Ausführungsform ist die Anzahl der Akkumulatoren 16 gerade und liegt der Halbleiterschalter 23 zwischen den beiden mittleren Akkumulatoren 16.2 und 16.3.In this first embodiment, the number of accumulators 16 straight and lies the semiconductor switch 23 between the two middle accumulators 16.2 and 16.3 ,

Bei dieser ersten Ausführungsform umfasst das Speichersystem 10 weiter einen Vorladewiderstand 21, der parallel zu dem Halbleiterschalter 23 geschaltet ist. Er ist somit derart geschaltet, dass ein Vorladestrompfad, der zum Plusanschluss 12 weist, durch ihn verläuft, falls der Halbleiterschalter 23 geöffnet ist und sperrt.In this first embodiment, the storage system includes 10 further a pre-charge resistance 21 , which is parallel to the semiconductor switch 23 is switched. It is thus switched such that a Vorladestrompfad, the positive terminal 12 points through it, if the semiconductor switch 23 is open and locks.

Bei dieser ersten Ausführungsform umfasst das Speichersystem 10 weiter eine Steuereinheit 22, die über gepunktet dargestellte Steuerleitungen mit den Schützen 14, 15 und dem Halbleiterschalter 23 verbunden ist und an eine nicht dargestellte Zentralsteuereinheit des Elektrofahrzeugs angeschlossen ist. Die Steuereinheit 22 ist derart ausgebildet, dass sie ein Verfahren zum Entladen des Speichersystems 10 und ein Verfahren zum Laden des Speichersystems 10 ausführen kann, die nachfolgend näher beschrieben werden.In this first embodiment, the storage system includes 10 further a control unit 22 , via dotted control lines with the shooter 14 . 15 and the semiconductor switch 23 is connected and connected to a central control unit, not shown, of the electric vehicle. The control unit 22 is configured to provide a method of unloading the memory system 10 and a method for loading the storage system 10 which will be described in more detail below.

Beim Entladen speist das Speichersystem 10 einen Entladestrom IE in das Hochspannungsbordnetz 11, das in diesem Fall als eine elektrische Last in Gestalt des als Motor betriebenen Elektromotors 25 durch Schließen des Schalters 25' an dem Plusanschluss 12 und dem Minusanschluss 13 anliegt. Dieser Entladestrom IE fließt von dem Plusanschluss 12 durch das Hochspannungsbordnetz 11 zum Minusanschluss 13 und von diesem weiter im Speichersystem 10 zurück zum Plusanschluss 12.When unloading, the storage system feeds 10 a discharge current I E in the high voltage electrical system 11 in this case, as an electrical load in the form of the motor-driven electric motor 25 by closing the switch 25 ' at the positive connection 12 and the minus connection 13 is applied. This discharge current I E flows from the positive terminal 12 through the high voltage on-board electrical system 11 to the minus connection 13 and from this on in the storage system 10 back to the positive connection 12 ,

Bei dem in der Steuereinheit 22 implementierten Verfahren zum Entladen erfolgt bei Bedarf zunächst ein Vorladen des Zwischenkreiskondensators 24 mit einem durch den Vorladewiderstand 21 im Vergleich zu dem Entladestrom IE verringerten Vorladestrom IV und anschließend das eigentliche Entladen mit dem nicht durch den Vorladewiderstand 21 verringerten Entladestrom IE. Zum Vorladen wird zunächst in einem Schritt e) der Halbleiterschalter 23 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass er sperrt. Dann werden in einem Schritt f) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geschlossen, was wegen des geöffneten Halbleiterschalters 23 zwar nicht stromlos, aber doch bei dem im Vergleich zum Entladestrom IE verringerten Vorladestrom IV erfolgt. Nun können die Akkumulatoren 16 den Vorladestrom IV liefern, der aus dem Speichersystem 10 vom Plusanschluss 12 zum Zwischenkreiskondensator 24 und von diesem zum Minusanschluss 13 und weiter durch das zweite Schütz 15, den vierten und den dritten Akkumulator 16.4, 16.3, den Vorladewiderstand 21, den zweiten und den ersten Akkumulator 16.2, 16.1 und das erste Schütz 14 zurück zum Plusanschluss 12 fließt.In the case of the control unit 22 If necessary, pre-charging of the DC link capacitor is carried out if necessary 24 with a through the pre-charge resistor 21 compared to the discharge current I E reduced pre-charge current I V and then the actual discharge with the not by the pre-charging resistor 21 reduced discharge current I E. For pre-charging, first in a step e) the semiconductor switch 23 opened by a corresponding control signal so that it locks. Then in a step f) both shooters become 14 . 15 closed by appropriate control signals, which because of the opened semiconductor switch 23 Although not de-energized, but at the reduced compared to the discharge current I E precharge I V occurs. Now the accumulators can 16 to deliver the precharge current I V coming from the storage system 10 from the positive connection 12 to the DC link capacitor 24 and from this to the negative terminal 13 and continue through the second contactor 15 , the fourth and the third accumulator 16.4 . 16.3 , the pre-charge resistance 21 , the second and the first accumulator 16.2 . 16.1 and the first contactor 14 back to the positive connection 12 flows.

Falls vom Vorladen zum Entladen übergangen werden soll, beispielsweise weil die Steuereinheit 22 und/oder die Zentralsteuereinheit einen ausreichend hohen Ladezustand des Zwischenkreiskondensators 24 festgestellt hat und beispielsweise der Schalter 25' geschlossen wird, so wird, unter Auslassen des Schrittes a), sogleich im Schritt b) der Halbleiterschalter 23 durch ein entsprechendes Steuersignal geschlossen, der somit leitet und den Vorladewiderstand 21 überbrückt. Folglich kann der Entladestrom IE wie der Vorladestrom IV vom Speichersystem 10 zum Hochspannungsbordnetz 11 fließen, jedoch fließt er, im Unterschied zu dem Vorladestrom IV, im Speichersystem 10 vom dritten Akkumulator 16.3 durch den nun geschlossenen Halbleiterschalter 23 am Vorladewiderstand 21 vorbei zum zweiten Akkumulator 16.2.If you want to skip the pre-load for unloading, for example, because the control unit 22 and / or the central control unit has a sufficiently high state of charge of the intermediate circuit capacitor 24 has determined and, for example, the switch 25 ' is closed, it is, omitting the step a), immediately in step b) of the semiconductor switch 23 closed by a corresponding control signal, which thus conducts and the precharge resistance 21 bridged. Consequently, the discharge current I E as the precharge I V from the storage system 10 to the high voltage on-board electrical system 11 flow, however, unlike the precharge current I V , it flows in the memory system 10 from the third accumulator 16.3 through the now closed semiconductor switch 23 on pre-charge resistance 21 over to the second accumulator 16.2 ,

Falls dieses Entladen oder das Vorladen beendet werden soll, beispielsweise weil die Steuereinheit 22 und/oder die Zentralsteuereinheit einen kritisch niedrigen Ladezustand der Akkumulatoren 16 oder einen Unfall des Elektrofahrzeugs festgestellt hat, so ist bei dem Verfahren zum Entladen vorgesehen, dass zum Trennen der Akkumulatoren 16 von dem Plusanschluss 12 und dem Minusanschluss 13 zunächst in einem Schritt c) der Halbleiterschalter 23 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet wird, sodass er sperrt und der Strompfad zwischen den beiden mittleren Akkumulatoren 16.2, 16.3 zwar nicht vollständig unterbrochen, aber durch den Vorladewiderstand 21 geführt wird. Dann werden in einem Schritt d) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geöffnet, was zwar nicht stromlos, aber doch bei dem im Vergleich zum Entladestrom IE verringerten Vorladestrom IV geschieht, da der Halbleiterschalter 23 geöffnet ist.If this unloading or preloading is to be ended, for example because the control unit 22 and / or the central control unit a critically low state of charge of the accumulators 16 or has detected an accident of the electric vehicle, it is provided in the method for discharging that to disconnect the accumulators 16 from the positive connection 12 and the minus connection 13 first in a step c) of the semiconductor switch 23 is opened by a corresponding control signal so that it locks and the current path between the two middle accumulators 16.2 . 16.3 Although not completely interrupted, but by the Vorladewiderstand 21 to be led. Then in a step d) both shooters become 14 . 15 opened by appropriate control signals, which although not de-energized, but at the reduced compared to the discharge current I E pre-charging current I V happens because the semiconductor switch 23 is open.

Falls das Entladen ahne vorheriges Vorladen erfolgen soll, so ist bei dem Verfahren zum Entladen vorgesehen, dass zunächst in einem Schritt a') der Halbleiterschalter 23 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet wird, sodass er sperrt und der Stromfluss im Speichersystem 10 zwar nicht vollständig unterbrochen, aber durch den Vorladewiderstand 21 geführt wird. Dann werden in einem Schritt a) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geschlossen. Dies erfolgt zwar nicht stromlos, aber doch bei dem im Vergleich zum Entladestrom IE verringerten Vorladestrom IV, da der Halbleiterschalter 23 geöffnet ist. Dann wird in einem Schritt b) der Halbleiterschalter 23 durch ein entsprechendes Steuersignal geschlossen, der somit leitet und den Vorladewiderstand 21 überbrückt und einen im Vergleich zum Vorladewiderstand 21 niederohmigeren Strompfad zwischen dem Pluspol des dritten Akkumulators 16.3 und dem Minuspol des zweiten Akkumulators 16.2 schließt. Die Akkumulatoren 16 können folglich den Entladestrom IE liefern.If the unloading is to take place without previous precharging, it is provided in the method for discharging that initially in a step a ') the semiconductor switch 23 is opened by a corresponding control signal so that it locks and the current flow in the storage system 10 Although not completely interrupted, but by the Vorladewiderstand 21 to be led. Then in a step a) both shooters 14 . 15 closed by appropriate control signals. Although this is not currentless, but still in the reduced compared to the discharge current I E precharge I V , since the semiconductor switch 23 is open. Then, in a step b), the semiconductor switch 23 closed by a corresponding control signal, which thus conducts and the precharge resistance 21 bridged and one compared to the pre-charge resistance 21 lower resistance current path between the positive pole of the third accumulator 16.3 and the negative pole of the second accumulator 16.2 closes. The accumulators 16 can thus supply the discharge current I E.

Beim Laden des Speichersystems 10 speist das Hochspannungsbordnetz 11, das in diesem Fall nun als eine elektrische Energiequelle in Gestalt des als Generator betriebenen Elektromotors 25 durch Schließen des Schalters 25' und/oder in Gestalt des Brennstoffzellenmoduls 26 durch Schließen des Schalters 26' an den Plusanschluss 12 und den Minusanschluss 13 angeschlossen ist, einen Ladestrom IL in das Speichersystem 10, der entgegengesetzt zu dem Entladestrom IE fließt.When loading the storage system 10 feeds the high voltage on-board electrical system 11 , which in this case now as an electrical energy source in the form of the electric motor operated as a generator 25 by closing the switch 25 ' and / or in the form of the fuel cell module 26 by closing the switch 26 ' to the positive connection 12 and the negative connection 13 is connected, a charging current I L in the storage system 10 which flows opposite to the discharge current I E.

Bei dem in der Steuereinheit 22 implementierten Verfahren zum Laden wird zunächst in einem Schritt g'), der dem Schritt a') beim Entladen entspricht, der Halbleiterschalter 23 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet. Dann werden in einem Schritt g) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geschlossen. Dies kann aufgrund des geöffneten Halbleiterschalters 23 zwar nicht stromlos, aber doch bei einer im Vergleich zum Entladestrom IE verringerten Stromstärke entsprechend dem Vorladewiderstand 21 erfolgen. Dann wird in einem Schritt h) der Halbleiterschalter 23 durch ein entsprechendes Steuersignal geschlossen, sodass er den Vorladewiderstand 21 überbrückt und die niederohmige Verbindung zwischen dem Minuspol des zweiten Akkumulators 16.2 und dem Pluspol des dritten Akkumulators 16.3 hergestellt ist und der Ladestrom IL fließen kann.In the case of the control unit 22 implemented method for charging is first in a step g '), the step a') corresponds to the discharge, the semiconductor switch 23 opened by a corresponding control signal. Then in a step g) both shooters become 14 . 15 closed by appropriate control signals. This may be due to the opened semiconductor switch 23 Although not de-energized, but still at a lower compared to the discharge current I E current corresponding to the pre-charge 21 respectively. Then, in a step h), the semiconductor switch 23 closed by a corresponding control signal, so that he the pre-charge 21 bridged and the low-resistance connection between the negative terminal of the second accumulator 16.2 and the positive pole of the third accumulator 16.3 is made and the charging current I L can flow.

Falls dieses Laden beendet werden soll, beispielsweise weil die Steuereinheit 22 und/oder die Zentralsteuereinheit einen kritisch oder ausreichend hohen Ladezustand der Akkumulatoren 16 oder einen Unfall des Elektrofahrzeugs festgestellt hat, so ist bei dem Verfahren zum Laden vorgesehen, dass zum Trennen der Akkumulatoren 16 von dem Plusanschluss 12 und dem Minusanschluss 13 zunächst in einem Schritt i) der Halbleiterschalter 23 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet wird, sodass der Ladestrom IL zwar nicht unterbrochen, aber doch entsprechend dem Vorladewiderstand 21 verringert wird. Dann werden in einem Schritt h) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geöffnet. Dies erfolgt wegen des geöffneten Halbleiterschalters 23 zwar nicht stromlos, aber doch bei der entsprechend dem Vorladewiderstand 21 verringerten Stromstärke.If this loading is to be stopped, for example because the control unit 22 and / or the central control unit a critically or sufficiently high state of charge of the accumulators 16 or has detected an accident of the electric vehicle, it is provided in the method for charging that to disconnect the batteries 16 from the positive connection 12 and the minus connection 13 first in a step i) of the semiconductor switch 23 is opened by a corresponding control signal, so that the charging current I L is not interrupted, but yet according to the pre-charge 21 is reduced. Then in a step h) both shooters become 14 . 15 opened by appropriate control signals. This is done because of the opened semiconductor switch 23 Although not de-energized, but still in accordance with the pre-charge resistance 21 reduced current.

In der 2 ist ein Speichersystem 10 in einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Diese zweite Ausführungsform ähnelt der ersten Ausführungsform, sodass im Folgenden lediglich die Unterschiede ausführlicher beschrieben werden.In the 2 is a storage system 10 shown in a second embodiment. This second embodiment is similar to the first embodiment, so that only the differences will be described in more detail below.

Bei dieser zweiten Ausführungsform umfasst der Halbleiterschalter 23 einen ersten Transistor 17, einen zweiten Transistor 18, eine erste-Diode 19 und eine zweite Diode 20. Die Transistoren 17, 18 sind hier jeweils als ein selbstsperrender n-Kanal Leistungs-MOSFET 17, 18 ausgebildet und in Reihe an den Minuspol des zweiten Akkumulators 16.2 und den Pluspol des dritten Akkumulators 16.3 angeschlossen, wobei der erste Transistor 17 näher zum Minusanschluss 13 und der zweite Transistor 18 näher zum Plusanschluss 12 liegt. Sie sind dabei gegensinnig zueinander ausgerichtet, da die Normalbetriebsrichtung des ersten Transistors 17 entgegengesetzt zur Normalbetriebsrichtung des zweiten Transistors 18 weist. Hier ist beispielhaft der Drain-Anschluss des ersten Transistors 17 mit dem Pluspol des dritten Akkumulators 16.3 verbunden, der Source-Anschluss des ersten Transistors 17 mit dem Source-Anschluss des zweiten Transistors 18 und der Drain-Anschluss des zweiten Transistors 18 mit dem Minuspol des zweiten Akkumulators 16.2. Somit weist die Normalbetriebsrichtung des ersten Transistors 17 zum Plusanschluss 12 und damit in Richtung des Entladestroms IE und die Normalbetriebsrichtung des zweiten Transistors 18 zum Minusanschluss 13 und damit in Richtung des Ladestroms IL. Folglich sind die Transistoren 17, 18 in Reihe mit den Schützen 14, 15 und den Akkumulatoren 16 und zudem derart geschaltet, dass der Entladestrompfad durch den ersten Transistor 17 und der Ladestrompfad durch den zweiten Transistor 18 verläuft.In this second embodiment, the semiconductor switch comprises 23 a first transistor 17 , a second transistor 18 , a first diode 19 and a second diode 20 , The transistors 17 . 18 are each here as a self-blocking n-channel power MOSFET 17 . 18 formed and in series to the negative terminal of the second accumulator 16.2 and the positive pole of the third accumulator 16.3 connected, the first transistor 17 closer to the negative terminal 13 and the second transistor 18 closer to the positive connection 12 lies. They are oriented in opposite directions to each other, since the normal operating direction of the first transistor 17 opposite to the normal operating direction of the second transistor 18 has. Here is an example of the drain terminal of the first transistor 17 with the Positive pole of the third accumulator 16.3 connected, the source terminal of the first transistor 17 to the source terminal of the second transistor 18 and the drain terminal of the second transistor 18 with the negative terminal of the second accumulator 16.2 , Thus, the normal operation direction of the first transistor 17 to the positive connection 12 and thus in the direction of the discharge current I E and the normal operating direction of the second transistor 18 to the minus connection 13 and thus in the direction of the charging current I L. Consequently, the transistors are 17 . 18 in line with the shooters 14 . 15 and the accumulators 16 and also switched such that the discharge current path through the first transistor 17 and the charging current path through the second transistor 18 runs.

Die erste Diode 19 ist antiparallel zu dem ersten Transistor 17 geschaltet, da sie parallel zu ihm geschaltet ist, aber ihre Durchlassrichtung entgegengesetzt zu dessen Normalbetriebsrichtung und somit in dessen Inwersbetriebsrichtung und ihre Sperrrichtung in dessen Normalbetriebsrichtung weist. Die zweite Diode 20 ist antiparallel zu dem zweiten Transistor 18 geschaltet, da sie parallel zu ihm geschaltet ist, aber ihre Durchlassrichtung entgegengesetzt zu dessen Normalbetriebsrichtung und somit in dessen Inversbetriebsrichtung und ihre Sperrrichtung in dessen Normalbetriebsrichtung weist. Jede Diode 19, 20 ist folglich gegensinnig zu dem jeweiligen Transistor 17, 18 geschaltet.The first diode 19 is antiparallel to the first transistor 17 switched, since it is connected in parallel to him, but their forward direction opposite to its normal operating direction and thus in the Inwersbetriebsrichtung and has its reverse direction in its normal operating direction. The second diode 20 is antiparallel to the second transistor 18 is switched, since it is connected in parallel to him, but has its forward direction opposite to its normal operating direction and thus in its Inversbetriebsrichtung and their reverse direction in its normal operating direction. Every diode 19 . 20 is therefore opposite to the respective transistor 17 . 18 connected.

Bei dieser zweiten Ausführungsform wird jede Diode 19, 20 durch eine Body-Diode des jeweiligen als MOSFET ausgebildeten Transistors 17, 18 dadurch gebildet, dass bei dem entsprechenden MOSFET der Source-Anschluss mit dem Bulk-Anschluss verbunden ist.In this second embodiment, each diode 19 . 20 by a body diode of the respective transistor formed as a MOSFET 17 . 18 formed by that in the corresponding MOSFET, the source terminal is connected to the bulk terminal.

Bei dieser zweiten Ausführungsform sind die Gate-Anschlüsse der Transistoren 17, 18 miteinander verbunden und an die Steuereinheit 22 gekoppelt.In this second embodiment, the gate terminals of the transistors 17 . 18 connected to each other and to the control unit 22 coupled.

Bei dem in der Steuereinheit 22 implementierten Verfahren zum Entladen werden zum Vorladen zunächst im Schritt e) beide Transistoren 17, 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass der erste Transistor 17 und die in Sperrrichtung geschaltete erste Diode 19 den Strompfad durch den Halbleiterschalter 23 sperren. Dann werden im Schritt f) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geschlossen. Nun kann der Vorladestrom IV im Speichersystem 10 vom dritten Akkumulator 16.3 durch den Vorladewiderstand 21 am Halbleiterschalter 23 vorbei zum zweiten Akkumulator 16.2 fließen.In the case of the control unit 22 implemented methods for discharging are for pre-charging initially in step e) both transistors 17 . 18 opened by a corresponding control signal, so that the first transistor 17 and the reverse-connected first diode 19 the current path through the semiconductor switch 23 lock. Then in step f) both shooters become 14 . 15 closed by appropriate control signals. Now the precharge current I V in the storage system 10 from the third accumulator 16.3 through the pre-charge resistor 21 at the semiconductor switch 23 over to the second accumulator 16.2 flow.

Zum nachfolgenden Entladen werden im Schritt b) beide Transistoren 17, 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geschlossen, sodass sie leiten und den Vorladewiderstand 21 überbrücken. Dabei verhindert die in Durchlassrichtung geschaltete zweite Diode 20 einen Inversbetrieb bei dem zweiten Transistor 18. Folglich kann der Entladestrom IE im Speichersystem 10 vom dritten Akkumulator 16.3 durch den nun in Normalbetriebsrichtung geschalteten ersten Transistor 17 und die zweite Diode 20 am Vorladewiderstand 21 vorbei zum zweiten Akkumulator 16.2 fließen.For subsequent discharge in step b) both transistors 17 . 18 closed by a corresponding control signal so that they conduct and the precharge resistance 21 bridged. The forward-biased second diode prevents this 20 an inverse operation in the second transistor 18 , Consequently, the discharge current I E in the storage system 10 from the third accumulator 16.3 through the first transistor, which is now switched in the normal operating direction 17 and the second diode 20 on pre-charge resistance 21 over to the second accumulator 16.2 flow.

Zum Trennen der Akkumulatoren 16 von dem Plusanschluss 12 und dem Minusanschluss 13 werden zunächst im Schritt c) beide Transistoren 17, 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass der erste Transistor 17 und die in Sperrrichtung geschaltete erste Diode 19 den Strompfad durch den Halbleiterschalter 23 sperren und lediglich der Strompfad durch den Vorladewiderstand 21 verbleibt. Dann werden im Schritt d) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geöffnet.To disconnect the accumulators 16 from the positive connection 12 and the minus connection 13 are first in step c) both transistors 17 . 18 opened by a corresponding control signal, so that the first transistor 17 and the reverse-connected first diode 19 the current path through the semiconductor switch 23 lock and only the current path through the pre-charge resistor 21 remains. Then in step d) both shooters become 14 . 15 opened by appropriate control signals.

Bei dem in der Steuereinheit 22 implementierten Verfahren zum Laden werden zunächst im Schritt g') beide Transistoren 17, 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass der zweite Transistor 18 und die in Sperrrichtung geschaltete zweite Diode 20 den Strompfad durch den Halbleiterschalter 23 sperren. Dann werden im Schritt g) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geschlossen. Dann werden im Schritt h) beide Transistoren 17, 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geschlossen, sodass sie leiten und den Vorladewiderstand 21 überbrücken. Dabei verhindert die in Durchlassrichtung geschaltete erste Diode 19 einen Inversbetrieb bei dem ersten Transistor 17. Folglich kann der Ladestrom IL im Speichersystem 10 vom zweiten Akkumulator 16.2 durch den nun in Normalbetriebsrichtung geschalteten zweiten Transistor 18 und die erste Diode 19 am Vorladewiderstand 21 vorbei zum dritten Akkumulator 16.3 fließen.In the case of the control unit 22 implemented methods for charging are first in step g ') both transistors 17 . 18 opened by a corresponding control signal, so that the second transistor 18 and the reverse-connected second diode 20 the current path through the semiconductor switch 23 lock. Then in step g) both shooters become 14 . 15 closed by appropriate control signals. Then in step h) both transistors become 17 . 18 closed by a corresponding control signal so that they conduct and the precharge resistance 21 bridged. The forward-biased first diode prevents this 19 an inverse operation in the first transistor 17 , Consequently, the charging current I L in the memory system 10 from the second accumulator 16.2 by the second transistor, which is now connected in the normal operating direction 18 and the first diode 19 on pre-charge resistance 21 over to the third accumulator 16.3 flow.

Zum Trennen der Akkumulatoren 16 von dem Plusanschluss 12 und dem Minusanschluss 13 werden zunächst im Schritt i) beide Transistoren 17, 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass der zweite Transistor 18 und die in Sperrrichtung geschaltete zweite Diode 20 den Strompfad durch den Halbleiterschalter 23 sperren und lediglich der Strompfad durch den Vorladewiderstand 21 verbleibt. Dann werden im Schritt h) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geöffnet.To disconnect the accumulators 16 from the positive connection 12 and the minus connection 13 be first in step i) both transistors 17 . 18 opened by a corresponding control signal, so that the second transistor 18 and the reverse-connected second diode 20 the current path through the semiconductor switch 23 lock and only the current path through the pre-charge resistor 21 remains. Then in step h) both shooters become 14 . 15 opened by appropriate control signals.

In der 3 ist ein Speichersystem 10 in einer dritten Ausführungsform dargestellt. Diese dritte Ausführungsform ähnelt der zweiten Ausführungsform, sodass im Folgenden lediglich die Unterschiede ausführlicher beschrieben werden.In the 3 is a storage system 10 shown in a third embodiment. This third embodiment is similar to the second embodiment, so that only the differences will be described in more detail below.

Bei dieser dritten Ausführungsform weist das Speichersystem 10 drei Akkumulatoren 16.1, 16.2, 16.3 auf, die zwischen den beiden Transistoren 17, 18 angeordnet sind. Folglich ist die Anzahl der Akkumulatoren 16 ungerade und liegt der mittlere Akkumulator 16.2 zwischen den beiden Transistoren 17, 18.In this third embodiment, the storage system 10 three accumulators 16.1 . 16.2 . 16.3 on that between the two transistors 17 . 18 are arranged. Consequently, the number of accumulators 16 odd and lies the middle accumulator 16.2 between the two transistors 17 . 18 ,

Bei dieser dritten Ausführungsform sind die beiden Transistoren 17, 18 gegeneinander vertauscht, sodass nun der erste Transistor 17 näher zum Plusanschluss 12 und der zweite Transistor 18 näher zum Minusanschluss 13 liegt, aber immer noch gegensinnig zueinander ausgerichtet. Hier ist also beispielhaft der Drain-Anschluss des ersten Transistors 17 mit dem Pluspol des ersten Akkumulators 16.1 verbunden, der Source-Anschluss des ersten Transistors 17 mit dem zweiten Hauptstromkontakt des ersten Schützes 14, der Drain-Anschluss des zweiten Transistors 18 mit dem Minuspol des dritten Akkumulators 16.3 und der Source-Anschluss des zweiten Transistors 18 mit dem zweiten Hauptstromkontakt des zweiten Schützes 15.In this third embodiment, the two transistors 17 . 18 interchanged, so now the first transistor 17 closer to the positive connection 12 and the second transistor 18 closer to the negative terminal 13 lies, but still in opposite directions. Here is an example of the drain terminal of the first transistor 17 with the plus pole of the first accumulator 16.1 connected, the source terminal of the first transistor 17 with the second main current contact of the first contactor 14 , the drain terminal of the second transistor 18 with the negative pole of the third accumulator 16.3 and the source terminal of the second transistor 18 with the second main current contact of the second contactor 15 ,

Somit weist wie bei der zweiten Ausführungsform die Normalbetriebsrichtung des ersten Transistors 17 zum Plusanschluss 12 und damit in Richtung des Entladestroms IE und die Normalbetriebsrichtung des zweiten Transistors 18 zum Minusanschluss 13 und damit in Richtung des Ladestroms IL. Folglich sind die Transistoren 17, 18 in Reihe mit den Schützen 14, 15 und den Akkumulatoren 16 und zudem derart geschaltet, dass der Entladestrompfad durch den ersten Transistor 17 und der Ladestrompfad durch den zweiten Transistor 18 verläuft.Thus, as in the second embodiment, the normal operation direction of the first transistor 17 to the positive connection 12 and thus in the direction of the discharge current I E and the normal operating direction of the second transistor 18 to the minus connection 13 and thus in the direction of the charging current I L. Consequently, the transistors are 17 . 18 in line with the shooters 14 . 15 and the accumulators 16 and also switched such that the discharge current path through the first transistor 17 and the charging current path through the second transistor 18 runs.

Bei dieser dritten Ausführungsform sind die Gate-Anschlüsse der beiden Transistoren 17, 18 nicht miteinander verbunden, sondern jeweils separat an die Steuereinheit 22 gekoppelt, sodass sie einzeln unabhängig voneinander angesteuert werden können.In this third embodiment, the gate terminals of the two transistors 17 . 18 not connected to each other, but each separately to the control unit 22 coupled so that they can be individually controlled independently.

Bei dieser dritten Ausführungsform wird jede Diode 19, 20 nicht durch eine Body-Diode des jeweiligen als MOSFET ausgebildeten Transistors 17, 18 gebildet, da bei dem entsprechenden MOSFET der Source-Anschluss nicht mit dem Bulk-Anschluss verbunden ist, sondern durch eine Schottky-Diode.In this third embodiment, each diode becomes 19 . 20 not by a body diode of the respective formed as a MOSFET transistor 17 . 18 is formed, since in the corresponding MOSFET, the source terminal is not connected to the bulk terminal, but by a Schottky diode.

Bei dem in der Steuereinheit 22 implementierten Verfahren zum Entladen wird zum Vorladen zunächst im Schritt e) der erste Transistor 17 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass er und die in Sperrrichtung geschaltete erste Diode 19 den Strompfad durch den Halbleiterschalter 23 sperren. Dann werden im Schritt f) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geschlossen. Nun kann der Vorladestrom IV im Speichersystem 10 vom zweiten Schütz 15 durch die in Durchlassrichtung geschaltete zweite Diode 20, die Akkumulatoren 16.3, 16.2, 16.1 und den Vorladewiderstand 21 am ersten Transistor 17 vorbei zum ersten Schütz 14 fließen.In the case of the control unit 22 implemented method for discharging is to precharge first in step e) the first transistor 17 opened by a corresponding control signal, so that he and the reverse-connected first diode 19 the current path through the semiconductor switch 23 lock. Then in step f) both shooters become 14 . 15 closed by appropriate control signals. Now the precharge current I V in the storage system 10 from the second contactor 15 through the second diode connected in the forward direction 20 , the accumulators 16.3 . 16.2 . 16.1 and the precharge resistance 21 at the first transistor 17 over to the first contactor 14 flow.

Zum nachfolgenden Entladen wird im Schritt b) der erste Transistor 17 durch ein entsprechendes Steuersignal geschlossen, sodass er leitet und den Vorladewiderstand 21 überbrückt. Folglich kann der Entladestrom IE im Speichersystem 10 vom zweiten Schütz 15 durch die in Durchlassrichtung geschaltete zweite Diode 20, die Akkumulatoren 16.3, 16.2, 16.1 und den nun in Normalbetriebsrichtung geschalteten ersten Transistor 17 am Vorladewiderstand 21 vorbei zum ersten Schütz 14 fließen.For subsequent discharge in step b) the first transistor 17 closed by a corresponding control signal, so that it conducts and the precharge resistance 21 bridged. Consequently, the discharge current I E in the storage system 10 from the second contactor 15 through the second diode connected in the forward direction 20 , the accumulators 16.3 . 16.2 . 16.1 and the now in the normal operating direction connected first transistor 17 on pre-charge resistance 21 over to the first contactor 14 flow.

Zum Trennen der Akkumulatoren 16 von dem Plusanschluss 12 und dem Minusanschluss 13 wird zunächst im Schritt a) der erste Transistor 17 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass er und die in Sperrrichtung geschaltete erste Diode 19 den Strompfad durch den Halbleiterschalter 23 sperren und lediglich der Strompfad durch den Vorladewiderstand 21 verbleibt. Dann werden im Schritt d) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geöffnet.To disconnect the accumulators 16 from the positive connection 12 and the minus connection 13 is first in step a), the first transistor 17 opened by a corresponding control signal, so that he and the reverse-connected first diode 19 the current path through the semiconductor switch 23 lock and only the current path through the pre-charge resistor 21 remains. Then in step d) both shooters become 14 . 15 opened by appropriate control signals.

Bei dem in der Steuereinheit 22 implementierten Verfahren zum Laden wird zunächst im Schritt g') der zweite Transistor 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass er und die in Sperrrichtung geschaltete zweite Diode 20 den Strompfad durch den Halbleiterschalter 23 sperren. Dann werden im Schritt g) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geschlossen. Dann wird im Schritt h) der zweite Transistor 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geschlossen, sodass er leitet. Folglich kann der Ladestrom IL im Speichersystem 10 vom ersten Schütz 14 durch die in Durchlassrichtung geschaltete erste Diode 19 am Vorladewiderstand 21 vorbei, die Akkumulatoren 16.1, 16.2, 16.3 und den nun in Normalbetriebsrichtung geschalteten zweiten Transistor 18 zum zweiten Schütz 15 fließen.In the case of the control unit 22 implemented method for charging is first in step g '), the second transistor 18 opened by a corresponding control signal, so that he and the reverse-connected second diode 20 the current path through the semiconductor switch 23 lock. Then in step g) both shooters become 14 . 15 closed by appropriate control signals. Then, in step h), the second transistor 18 closed by a corresponding control signal, so that he directs. Consequently, the charging current I L in the memory system 10 from the first contactor 14 through the first diode connected in the forward direction 19 on pre-charge resistance 21 over, the accumulators 16.1 . 16.2 . 16.3 and the second transistor now connected in the normal operating direction 18 to the second contactor 15 flow.

Zum Trennen der Akkumulatoren 16 von dem Plusanschluss 12 und dem Minusanschluss 13 wird zunächst im Schritt i) der zweite Transistor 18 durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet, sodass er und die in Sperrrichtung geschaltete zweite Diode 20 den Strompfad durch den Halbleiterschalter 23 sperren. Dann werden im Schritt h) beide Schütze 14, 15 durch entsprechende Steuersignale geöffnet.To disconnect the accumulators 16 from the positive connection 12 and the minus connection 13 First, in step i), the second transistor 18 opened by a corresponding control signal, so that he and the reverse-connected second diode 20 the current path through the semiconductor switch 23 lock. Then in step h) both shooters become 14 . 15 opened by appropriate control signals.

Dies erfolgt wegen des geöffneten zweiten Transistors 18 nicht stromlos.This is done because of the opened second transistor 18 not de-energized.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (15)

Speichersystem (10) für elektrische Energie, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, umfassend – einen Plusanschluss (12) und einen Minusanschluss (13); – ein erstes Schütz (14), das mit dem Plusanschluss (12) verbunden ist; – ein zweites Schütz (15), das mit dem Minusanschluss (13) verbunden ist; – wenigstens einen Akkumulator (16.1), der in Reihe zwischen den beiden Schützen (14, 15) geschaltet ist; gekennzeichnet durch – einen Halbleiterschalter (23), der geschlossen bidirektional leitet und geöffnet bidirektional sperrt; wobei – der Halbleiterschalter (23) in Reihe mit den Schützen (14, 15) und dem wenigstens einen Akkumulator (16.1) geschaltet ist.Storage system ( 10 ) for electrical energy, in particular for an electric vehicle, comprising - a positive terminal ( 12 ) and a negative terminal ( 13 ); - a first contactor ( 14 ) connected to the positive terminal ( 12 ) connected is; - a second contactor ( 15 ) connected to the negative terminal ( 13 ) connected is; - at least one accumulator ( 16.1 ) in series between the two shooters ( 14 . 15 ) is switched; characterized by - a semiconductor switch ( 23 ), which conducts bidirectionally closed and bi-directionally open locks; wherein - the semiconductor switch ( 23 ) in series with the shooters ( 14 . 15 ) and the at least one accumulator ( 16.1 ) is switched. Speichersystem (10) nach Anspruch 1, wobei – der Halbleiterschalter (23) einen ersten Transistor (17) und einen zweiten Transistor (18) umfasst; – die Transistoren (17, 18) derart geschaltet sind, dass ein Entladestrompfad (IE), der zum Plusanschluss (12) weist, zumindest durch den ersten Transistor (17) und ein Ladestrompfad (IL), der zum Minusanschluss (13) weist, zumindest durch den zweiten Transistor (18) verläuft,Storage system ( 10 ) according to claim 1, wherein - the semiconductor switch ( 23 ) a first transistor ( 17 ) and a second transistor ( 18 ); - the transistors ( 17 . 18 ) are connected such that a discharge current path (I E ) to the positive terminal ( 12 ), at least through the first transistor ( 17 ) and a charging current path (I L ), which leads to the negative terminal ( 13 ), at least through the second transistor ( 18 ), Speichersystem (10) nach Anspruch 2, wobei – der Halbleiterschalter (23) weiter eine erste Diode (19) und eine zweite Diode (20) umfasst; – die erste Diode (19) gegensinnig zu dem ersten Transistor (17) und die zweite Diode (20) gegensinnig zu dem zweiten Transistor (18) geschaltet ist.Storage system ( 10 ) according to claim 2, wherein - the semiconductor switch ( 23 ) a first diode ( 19 ) and a second diode ( 20 ); The first diode ( 19 ) in the opposite direction to the first transistor ( 17 ) and the second diode ( 20 ) in the opposite direction to the second transistor ( 18 ) is switched. Speichersystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, weiter umfassend – wenigstens einen Vorladewiderstarid (21), der derart geschaltet ist, dass ein Vorladestrompfad (IV), der zum Plusanschluss (12) weist, durch ihn verläuft, falls der Halbleiterschalter (23) sperrt.Storage system ( 10 ) according to one of the preceding claims, further comprising - at least one precharging resistor ( 21 ), which is connected such that a precharge current path (I V ), which leads to the positive terminal ( 12 ), passes through it, if the semiconductor switch ( 23 ) locks. Speichersystem (10) nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei – der Vorladewiderstand (21) parallel zum ersten Transistor (17) oder parallel zum ersten Transistor (17) und zweiten Transistor (18) geschaltet ist.Storage system ( 10 ) according to claim 4 and one of claims 2 to 3, wherein - the precharge resistance ( 21 ) parallel to the first transistor ( 17 ) or parallel to the first transistor ( 17 ) and second transistor ( 18 ) is switched. Speichersystem (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, weiter umfassend – wenigstens einen weiteren Akkumulator (16.2, 16.3, 16.4); wobei – die Akkumulatoren (16) in Reihe geschaltet sind; – die beiden Transistoren (17, 18), falls die Anzahl der Akkumulatoren (16) gerade ist, zwischen den beiden mittleren Akkumulatoren (16.2, 16.3) liegen oder, falls die Anzahl der Akkumulatoren (16) ungerade ist, die beiden Transistoren an anderer Stelle liegen oder der mittlere Akkumulator (16.2) zwischen den beiden Transistoren (17, 18) liegt.Storage system ( 10 ) according to one of claims 2 to 5, further comprising - at least one further accumulator ( 16.2 . 16.3 . 16.4 ); in which - the accumulators ( 16 ) are connected in series; The two transistors ( 17 . 18 ), if the number of accumulators ( 16 ) is just between the two middle accumulators ( 16.2 . 16.3 ), or, if the number of accumulators ( 16 ) is odd, the two transistors are elsewhere or the middle accumulator ( 16.2 ) between the two transistors ( 17 . 18 ) lies. Verfahren zum Entladen eines Speichersystems (10) für elektrische Energie, wobei das Speichersystem (10) umfasst – einen Plusanschluss (12) und einen Minusanschluss (13); – ein erstes Schütz (14), das mit dem Plusanschluss (12) verbunden ist; – ein zweites Schütz (15), das mit dem Minusanschluss (13) verbunden ist; – wenigstens einen Akkumulator (16.1), der in Reihe zwischen den beiden Schützen (14, 15) geschaltet ist; – einen Halbleiterschalter (23), der geschlossen bidirektional leitet und geöffnet bidirektional sperrt; wobei – der Halbleiterschalter (23) in Reihe mit den Schützen (14, 15) und dem wenigstens einen Akkumulator (16.1) geschaltet ist; – in einem Schritt a) beide Schütze (14, 15) geschlossen werden; – in einem Schritt b) der Halbleiterschalter (23) geschlossen wird.Method for unloading a storage system ( 10 ) for electrical energy, the storage system ( 10 ) - a positive connection ( 12 ) and a negative terminal ( 13 ); - a first contactor ( 14 ) connected to the positive terminal ( 12 ) connected is; - a second contactor ( 15 ) connected to the negative terminal ( 13 ) connected is; - at least one accumulator ( 16.1 ) in series between the two shooters ( 14 . 15 ) is switched; A semiconductor switch ( 23 ), which conducts bidirectionally closed and bi-directionally open locks; wherein - the semiconductor switch ( 23 ) in series with the shooters ( 14 . 15 ) and the at least one accumulator ( 16.1 ) is switched; - in a step a) both contactors ( 14 . 15 ) getting closed; In a step b) of the semiconductor switch ( 23 ) is closed. Verfahren nach Anspruch 7, wobei – der Halbleiterschalter (23) einen ersten Transistor (17) und einen zweiten Transistor (18) umfasst; – die Transistoren (17, 18) derart geschaltet sind, dass ein Entladestrom (IE), der zum Plusanschluss (12) weist, durch den ersten Transistor (17) fließt; – in dem Schritt b) zumindest der erste Transistor (17) geschlossen wird.Method according to claim 7, wherein - the semiconductor switch ( 23 ) a first transistor ( 17 ) and a second transistor ( 18 ); - the transistors ( 17 . 18 ) are connected such that a discharge current (I E ) to the positive terminal ( 12 ), by the first transistor ( 17 ) flows; In step b) at least the first transistor ( 17 ) is closed. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei zum Trennen des wenigstens einen Akkumulators (16.1) von dem Plusanschluss (12) und dem Minusanschluss (13) – in einem Schritt c) der Halbleiterschalter (23) geöffnet wird; – in einem Schritt d) beide Schütze (14, 15) geöffnet werden.Method according to claim 7 or 8, wherein for separating the at least one rechargeable battery ( 16.1 ) from the positive terminal ( 12 ) and the negative terminal ( 13 ) - in a step c) of the semiconductor switch ( 23 ) is opened; - in a step d) both shooters ( 14 . 15 ). Verfahren nach Anspruch 9, wobei – der Halbleiterschalter (23) einen ersten Transistor (17) und einen zweiten Transistor (18) umfasst; – die Transistoren (17, 18) derart geschaltet sind, dass ein Entladestrom (IE), der zum Plusanschluss (12) weist, durch den ersten Transistor (17) fließt; – in dem Schritt c) zumindest der erste Transistor (17) geöffnet wird.Method according to claim 9, wherein - the semiconductor switch ( 23 ) a first transistor ( 17 ) and a second transistor ( 18 ); - the transistors ( 17 . 18 ) are connected such that a discharge current (I E ) to the positive terminal ( 12 ), by the first transistor ( 17 ) flows; In step c) at least the first transistor ( 17 ) is opened. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei zum Vorladen eines Zwischenkreiskondensators (24), der an den Plusanschluss (12) und den Minusanschluss (13) gekoppelt ist, – wenigstens ein Vorladewiderstand (21) derart geschaltet ist, dass durch ihn ein Vorladestrom (IV), der zum Plusanschluss (12) weist, fließt, falls der Halbleiterschalter (23) sperrt; – in einem Schritt e) der Halbleiterschalter (23) geöffnet wird; – in einem Schritt f) beide Schütze (14, 15) geschlossen werden.Method according to one of claims 7 to 10, wherein for precharging a DC link capacitor ( 24 ) connected to the positive terminal ( 12 ) and the negative terminal ( 13 ) is coupled, At least one precharge resistor ( 21 ) is switched such that by him a pre-charge current (I V ) to the positive terminal ( 12 ) flows, if the semiconductor switch ( 23 ) locks; In a step e) of the semiconductor switches ( 23 ) is opened; - in a step f) both shooters ( 14 . 15 ) getting closed. Verfahren zum Laden eines Speichersystems (10) für elektrische Energie, wobei das Speichersystem (10) umfasst – einen Plusanschluss (12) und einen Minusanschluss (13); – ein erstes Schütz (14), das mit dem Plusanschluss (12) verbunden ist; – ein zweites Schütz (15), das mit dem Minusanschluss (13) verbunden ist; – wenigstens einen Akkumulator (16.1), der in Reihe zwischen den beiden Schützen (14, 15) geschaltet ist; – einen Halbleiterschalter (23), der geschlossen bidirektional leitet und geöffnet bidirektional sperrt; wobei – der Halbleiterschalter (23) in Reihe mit den Schützen (14, 15) und dem wenigstens einen Akkumulator (16.1) geschaltet ist; – in einem Schritt g) beide Schütze (14, 15) geschlossen werden; – in einem Schritt h) der Halbleiterschalter (23) geschlossen wird.Method for loading a storage system ( 10 ) for electrical energy, the storage system ( 10 ) - a positive connection ( 12 ) and a negative terminal ( 13 ); - a first contactor ( 14 ) connected to the positive terminal ( 12 ) connected is; - a second contactor ( 15 ) connected to the negative terminal ( 13 ) connected is; - at least one accumulator ( 16.1 ) in series between the two shooters ( 14 . 15 ) is switched; A semiconductor switch ( 23 ), which conducts bidirectionally closed and bi-directionally open locks; wherein - the semiconductor switch ( 23 ) in series with the shooters ( 14 . 15 ) and the at least one accumulator ( 16.1 ) is switched; - in a step g) both shooters ( 14 . 15 ) getting closed; In a step h) of the semiconductor switches ( 23 ) is closed. Verfahren nach Anspruch 12, wobei – der Halbleiterschalter (23) einen ersten Transistor (17) und einen zweiten Transistor (18) umfasst; – die Transistoren (17, 18) derart geschaltet sind, dass ein Ladestrom (IL), der zum Minusanschluss (13) weist, durch den zweiten Transistor (18) fließt; – in dem Schritt h) zumindest der zweite Transistor (18) geschlossen wird.The method of claim 12, wherein - the semiconductor switch ( 23 ) a first transistor ( 17 ) and a second transistor ( 18 ); - the transistors ( 17 . 18 ) are connected such that a charging current (I L ) to the negative terminal ( 13 ), through the second transistor ( 18 ) flows; In step h) at least the second transistor ( 18 ) is closed. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei zum Trennen des wenigstens einen Akkumulators (16.1) von dem Plusanschluss (12) und dem Minusanschluss (13) – in einem Schritt i) der Halbleiterschalter (23) geöffnet wird; – in einem Schritt j) beide Schütze (14, 15) geöffnet werden.The method of claim 12 or 13, wherein for separating the at least one accumulator ( 16.1 ) from the positive terminal ( 12 ) and the negative terminal ( 13 ) - in a step i) the semiconductor switch ( 23 ) is opened; - in a step j) both contactors ( 14 . 15 ). Verfahren nach Anspruch 14, wobei – der Halbleiterschalter (23) einen ersten Transistor (17) und einen zweiten Transistor (18) umfasst; – die Transistoren (17, 18) derart geschaltet sind, dass ein Ladestrom (IL), der zum Minusanschluss (13) weist; durch den zweiten Transistor (18) fließt; – in dem Schritt i) zumindest der zweite Transistor (18) geöffnet wird.The method of claim 14, wherein - the semiconductor switch ( 23 ) a first transistor ( 17 ) and a second transistor ( 18 ); - the transistors ( 17 . 18 ) are connected such that a charging current (I L ) to the negative terminal ( 13 ); through the second transistor ( 18 ) flows; In step i) at least the second transistor ( 18 ) is opened.
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