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Feld der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung und ein Ladeverfahren für ein elektrisches Energiespeichersystem gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Stand der Technik
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DE 10 2017 206 834 A1 zeigt eine Schaltungsanordnung und ein Ladeverfahren für ein elektrisches Energiespeichersystem.
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DE 103 30 834 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Versorgung wenigstens einer Last bei Netzausfall.
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WO 2011/105794 offenbart ein hybrides Zellsystem mit einem seriellen Schaltkreis, dessen Sekundärzellen sowohl seriell als auch parallelgeschaltet werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Kern der Erfindung bei der Schaltungsanordnung für ein elektrisches Energiespeichersystem mit einer ersten Energiespeichereinheit und einer zweiten Energiespeichereinheit, die jeweils einen ersten Polanschluss und einen zweiten Polanschluss aufweisen, besteht darin, dass die Schaltungsanordnung aufweist:
- - mindestens einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang zur elektrisch leitenden Verbindung mit zumindest einer elektrischen Komponente,
- - eine erste Schalteinheit, die zwischen dem ersten Polanschluss der ersten Energiespeichereinheit und dem ersten Ausgang angeordnet ist,
- - eine zweite Schalteinheit, die zwischen dem zweiten Polanschluss der ersten Energiespeichereinheit und dem zweiten Ausgang angeordnet ist,
- - eine dritte Schalteinheit, die zwischen dem ersten Polanschluss der zweiten Energiespeichereinheit und dem ersten Ausgang angeordnet ist,
- - eine vierte Schalteinheit, die zwischen dem zweiten Polanschluss der zweiten Energiespeichereinheit und dem zweiten Ausgang angeordnet ist,
- - eine fünfte Schalteinheit, die zwischen dem zweiten Polanschluss der ersten Energiespeichereinheit und dem ersten Polanschluss der zweiten Energiespeichereinheit angeordnet ist,
wobei die erste Schalteinheit mit der dritten Schalteinheit verbunden ist, wobei die zweite Schalteinheit mit der vierten Schalteinheit verbunden ist, wobei zumindest die erste Schalteinheit und die dritte Schalteinheit und/oder die zweite Schalteinheit und die vierte Schalteinheit oder die erste Schalteinheit und die vierte Schalteinheit zwei antiseriell geschaltet angeordnete Halbleiterschaltelemente aufweisen.
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Hintergrund der Erfindung ist, dass Halbleiterschaltelemente kompakter und langlebiger sind als mechanische Schalter und eine höhere Schaltdynamik ermöglichen. Mittels der antiseriell geschalteten Anordnung von zwei Halbleiterschaltelementen sind Ladeströme und Entladeströme unabhängig voneinander unterbrechbar. Dadurch kann ein elektrischer Energiespeicher in einem kritischen Betriebszustand weiter entladen werden, um eine Sicherheitsaktion auszuführen, während die Ladeströme unterbrochen werden um den elektrischen Energiespeicher zu schonen.
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Vorteilhafterweise sind die Energiespeichereinheiten in Parallelschaltung oder in Reihenschaltung mit der elektrischen Komponente verbindbar, so dass die elektrische Komponente mit verschiedenen Spannungen betrieben werden kann.
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Vorteilhafterweise sind die Halbleiterschaltelemente als Transistoren, insbesondere Leistungstransistoren, beispielsweise als MOSFETs oder IGBTs, ausgeführt.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Schaltungsanordnung mindestens einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang zur elektrisch leitenden Verbindung mit einer Spannungsquelle auf, wobei der erste Eingang mit der ersten Schalteinheit und der dritten Schalteinheit verbindbar ist, insbesondere mittels einer sechsten Schalteinheit, wobei der zweite Eingang mit der zweiten Schalteinheit und der vierten Schalteinheit verbindbar ist, insbesondere mittels einer siebten Schalteinheit. Dadurch sind die Energiespeichereinheiten in Parallelschaltung oder in Reihenschaltung mit der Spannungsquelle verbindbar, so dass Spannungsquellen beziehungsweise Ladestationen mit verschiedenen Ausgangsspannungen zum Laden des Energiespeichersystems verwendet werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste Polanschluss der ersten elektrischen Energiespeichereinheit mittels der dritten Schalteinheit mit dem ersten Polanschluss der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit verbindbar und der zweite Polanschluss der ersten elektrischen Energiespeichereinheit ist mittels der zweiten Schalteinheit mit dem zweiten Polanschluss der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit verbindbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass zum Abtrennen der elektrischen Energiespeichereinheiten von den Eingängen und den Ausgängen lediglich die erste und vierte Schalteinheit geöffnet werden müssen.
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Von Vorteil ist es dabei, wenn die zweite Schalteinheit ein einziges Halbleiterschaltelement aufweist, insbesondere das eingerichtet ist, in Laderichtung zu sperren, und die dritte Schalteinheit ein einziges Halbleiterschaltelement aufweist, insbesondere das eingerichtet ist, in Laderichtung zu sperren. Dadurch können die zweite und dritte Schalteinheit kompakt ausgeführt werden.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die erste Schalteinheit und die vierte Schalteinheit jeweils zwei antiseriell geschaltet angeordnete Halbleiterschaltelemente aufweisen, wobei zwischen den Halbleiterschaltelementen der ersten Schalteinheit ein erster Mittelabgriff angeordnet ist, wobei zwischen den Halbleiterschaltelementen der vierten Schalteinheit ein vierter Mittelabgriff angeordnet ist, wobei die sechste Schalteinheit mit dem ersten Mittelabgriff verbunden ist und die siebte Schalteinheit mit dem vierten Mittelabgriff verbunden ist. Dadurch sind die Eingänge von den Ausgängen entkoppelbar, so dass die mit den Ausgängen verbundene elektrische Komponente während des Ladevorgangs vor den Ladespannungen geschützt werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Schaltungsanordnung einen ersten Knotenpunkt, der die erste Schalteinheit mit der dritten Schalteinheit und dem ersten Ausgang verbindet, und einen zweiten Knotenpunkt, der die zweite Schalteinheit mit der vierten Schalteinheit und dem zweiten Ausgang verbindet, auf.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn die sechste Schalteinheit zwischen dem ersten Knotenpunkt und dem ersten Eingang angeordnet ist und die siebte Schalteinheit zwischen dem zweiten Knotenpunkt und dem zweiten Eingang angeordnet ist. Somit ist das Energiespeichersystem über die zwei Knotenpunkte sowohl mit den Eingängen als auch mit den Ausgängen verbindbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die erste Schalteinheit, die zweite Schalteinheit, die dritte Schalteinheit und die vierte Schalteinheit jeweils zwei antiseriell geschaltet angeordnete Halbleiterschaltelemente auf, wobei zwischen den Halbleiterschaltelementen der ersten Schalteinheit ein erster Mittelabgriff angeordnet ist, wobei zwischen den Halbleiterschaltelementen der zweiten Schalteinheit ein zweiter Mittelabgriff angeordnet ist, wobei zwischen den Halbleiterschaltelementen der dritten Schalteinheit ein dritter Mittelabgriff angeordnet ist, wobei zwischen den Halbleiterschaltelementen der vierten Schalteinheit ein vierter Mittelabgriff angeordnet ist, wobei die sechste Schalteinheit mit dem ersten Mittelabgriff und dem dritten Mittelabgriff verbunden ist und die siebte Schalteinheit mit dem zweiten Mittelabgriff und dem vierten Mittelabgriff verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Eingänge von den Ausgängen entkoppelbar sind, so dass die mit den Ausgängen verbundene elektrische Komponente während des Ladevorgangs vor den Ladespannungen geschützt werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die erste Schalteinheit und die dritte Schalteinheit jeweils ein mechanisches Schaltelement auf oder die zweite Schalteinheit und die vierte Schalteinheit weisen jeweils ein mechanisches Schaltelement auf oder die zweite Schalteinheit und die dritte Schalteinheit weisen jeweils ein mechanisches Schaltelement auf. Dadurch sind die Vorteile der Halbleiterschaltelemente mit den Vorteilen der mechanischen Schaltelemente kombinierbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Schalteinheit nur ein einziges Halbleiterschaltelement auf, insbesondere das eingerichtet ist, in Laderichtung zu sperren, und die vierte Schalteinheit weist ebenfalls nur ein einziges Halbleiterschaltelement auf, insbesondere das eingerichtet ist, in Laderichtung zu sperren, wobei zwischen dem ersten Polanschluss der ersten Energiespeichereinheit und der ersten Schalteinheit eine erste Sicherung angeordnet ist, wobei zwischen dem zweiten Polanschluss der zweiten Energiespeichereinheit und der vierten Schalteinheit eine zweite Sicherung angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die zweite und vierte Schalteinheit vereinfacht ausführbar sind. Dabei wird eine Unterbrechung der Schaltanordnung in Entladerichtung durch die Sicherungen ermöglicht.
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Vorteilhafterweise ist die erste Sicherung und/oder die zweite Sicherung als Relais oder pyrotechnischer Schalter ausgeführt. Somit ist die Sicherung je nach Anwendungsfall irreversibel oder reversibel ausführbar.
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Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die fünfte Schalteinheit und/oder die sechste Schalteinheit und/oder die siebte Schalteinheit jeweils ein einziges Halbleiterschaltelement aufweist, insbesondere das eingerichtet ist, in Entladerichtung zu sperren. Dadurch können diese Schalteinheiten vereinfacht ausgeführt werden. Eine zusätzliche Sicherung ist in diesen Fällen nicht zwangsläufig erforderlich, da diese Schalteinheiten nur in Entladerichtung sperren können müssen.
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Alternativ kann die fünfte Schalteinheit und/oder die sechste Schalteinheit und/oder die siebte Schalteinheit jeweils zwei antiseriell geschaltet angeordnete Halbleiterschaltelemente aufweisen. Somit können diese Schalteinheiten wahlweise in Laderichtung und/oder in Entladerichtung sperren.
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Weiter alternativ kann die fünfte Schalteinheit und/oder die sechste Schalteinheit und/oder die siebte Schalteinheit ein mechanisches Schaltelement, insbesondere ein Relais oder Schütz, aufweisen. Dadurch sind die Vorteile der Halbleiterschaltelemente mit den Vorteilen der mechanischen Schaltelemente kombinierbar.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn jeweils eines der antiseriell geschaltet angeordneten Halbleiterschaltelemente eingerichtet ist, in Laderichtung zu sperren, und das jeweils andere der antiseriell geschaltet angeordneten Halbleiterschaltelemente eingerichtet ist, in Entladerichtung zu sperren. Dabei können die jeweiligen Halbleiterschaltelemente gezielt angesteuert werden, so dass das Energiespeichersystem beispielsweise zu einem Zeitpunkt entladen aber nicht geladen werden kann.
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Vorteilhafterweise sind die Quellanschlüsse oder die Abflussanschlüsse der antiseriell angeordneten Halbleiterschaltelemente miteinander verbunden. Die Anordnung ist in Abhängigkeit von der Applikation der Schaltanordnung wählbar.
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Der Kern der Erfindung bei dem elektrischen Energiespeichersystem mit mindestens zwei elektrischen Energiespeichereinheiten, besteht darin, dass das elektrische Energiespeichersystem eine Schaltungsanordnung wie zuvor beschrieben beziehungsweise gemäß einem der auf die Schaltungsanordnung gerichteten Ansprüche aufweist.
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Der Kern der Erfindung bei der Verwendung einer Schaltungsanordnung wie zuvor beschrieben beziehungsweise gemäß einem der auf die Schaltungsanordnung gerichteten Ansprüche besteht darin, dass die Schaltungsanordnung in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug oder in einem Hybridfahrzeug verwendet wird.
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Hintergrund der Erfindung ist, dass das Fahrzeug mittels verschiedener Gleichspannungsquellen geladen werden kann. Somit ist die Verfügbarkeit von Ladestationen für das Fahrzeug verbessert.
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Das Fahrzeug kann als Landfahrzeug und/oder Wasserfahrzeug und/oder Luftfahrzeug ausgeführt sein, das einen elektrischen Antrieb und gegebenenfalls zusätzlich einen Verbrennungsmotor als Antrieb aufweist. Das Fahrzeug kann also als rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgeführt sein.
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Unter einer elektrischen Energiespeichereinheit kann insbesondere eine elektrochemische Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul mit mindestens einer elektrochemischen Batteriezelle und/oder ein Batteriepack mit mindestens einem Batteriemodul verstanden werden. Zum Beispiel kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Batteriezelle oder ein Lithium-Batteriemodul oder ein Lithium-Batteriepack sein. Insbesondere kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder ein Lithium-Ionen-Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack sein. Weiterhin kann die Batteriezelle vom Typ Lithium-Polymer-Akkumulator, Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, Blei-Säure-Akkumulator, Lithium-Luft-Akkumulator oder Lithium-Schwefel-Akkumulator beziehungsweise ganz allgemein ein Akkumulator beliebiger elektrochemischer Zusammensetzung sein.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eines elektrischen Energiespeichersystems 1;
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eines elektrischen Energiespeichersystems 11;
- 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eines elektrischen Energiespeichersystems 21;
- 4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eines elektrischen Energiespeichersystems 31;
- 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eines elektrischen Energiespeichersystems 41;
- 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eines elektrischen Energiespeichersystems 51;
- 7 ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eines elektrischen Energiespeichersystems 61;
- 8 ein achtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eines elektrischen Energiespeichersystems 71
und
- 9 ein neuntes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eines elektrischen Energiespeichersystems 81.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Im folgenden Abschnitt wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für ein Energiespeichersystem 1 dargestellt.
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Das Energiespeichersystem 1 weist eine erste Energiespeichereinheit 2 und eine zweite Energiespeichereinheit 4 auf, die jeweils eine Energiespeicherzelle aufweisen. Die jeweilige Energiespeichereinheit (2, 4) kann auch mehrere Energiespeicherzellen in Reihenschaltung oder eine Kombination von Energiespeicherzellen in Reihenschaltung und Parallelschaltung oder eine Parallelschaltung von Energiespeicherzellen aufweisen.
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Jede Energiespeichereinheit (2, 4) weist jeweils einen ersten, insbesondere positiven, Polanschluss (P1, P4) und einen zweiten, insbesondere negativen, Polanschluss (P3, P2) und einen Stromsensor 3 auf.
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Das Energiespeichersystem 1 ist mittels eines ersten Eingangs E1 und eines zweiten Eingangs E2 mit einer Spannungsquelle 7 elektrisch leitend verbindbar. Zwischen dem ersten Eingang E1 und dem ersten Polanschluss P1 der ersten Energiespeichereinheit 2 sind eine erste Schalteinheit S1 und eine sechste Schalteinheit S6 angeordnet. Zwischen der ersten Schalteinheit S1 und der sechsten Schalteinheit S6 ist ein erster Knotenpunkt K1 angeordnet, wobei die erste Schalteinheit S1 zwischen dem ersten Knotenpunkt K1 und dem ersten Polanschluss P1 der ersten Energiespeichereinheit 2 angeordnet ist und die sechste Schalteinheit S6 zwischen dem ersten Knotenpunkt K1 und dem ersten Eingang E1 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Knotenpunkt K1 und dem ersten Polanschluss P4 der zweiten Energiespeichereinheit 4 ist eine dritte Schalteinheit S3 angeordnet. Der erste Knotenpunkt K1 verbindet also die erste Schalteinheit S1 mit der dritten Schalteinheit S3 und der sechsten Schalteinheit S6.
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Hierbei wird unter verbunden elektrisch leitend oder elektrisch leitfähig verbunden verstanden, unter verbindbar wird elektrisch leitend oder elektrisch leitfähig verbindbar verstanden.
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Zwischen dem zweiten Eingang E2 und dem zweiten Polanschluss P3 der ersten Energiespeichereinheit 2 sind eine zweite Schalteinheit S2 und eine siebte Schalteinheit S7 angeordnet. Zwischen der zweiten Schalteinheit S2 und der siebten Schalteinheit S7 ist ein zweiter Knotenpunkt K2 angeordnet, wobei die zweite Schalteinheit S2 zwischen dem zweiten Knotenpunkt K2 und dem zweiten Polanschluss P3 der ersten Energiespeichereinheit 2 angeordnet ist und die siebte Schalteinheit S7 zwischen dem zweiten Knotenpunkt K2 und dem zweiten Eingang E2 angeordnet ist. Zwischen dem zweiten Knotenpunkt K2 und dem zweiten Polanschluss P2 der zweiten Energiespeichereinheit 4 ist eine vierte Schalteinheit S4 angeordnet. Der zweite Knotenpunkt K2 verbindet also die zweite Schalteinheit S1 mit der vierten Schalteinheit S4 und der siebten Schalteinheit S7.
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Die Energiespeichereinheiten (2, 4) sind mittels einer fünften Schalteinheit S5 in Reihe schaltbar. Dazu ist die fünfte Schalteinheit S5 zwischen dem zweiten Polanschluss P3 der ersten Energiespeichereinheit 2 und dem ersten Polanschluss P4 der zweiten Energiespeichereinheit 4 angeordnet. Dadurch sind der zweite Polanschluss P3 der ersten Energiespeichereinheit 2 und der erste Polanschluss P4 der zweiten Energiespeichereinheit 4 elektrisch leitend verbindbar.
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Zur Reihenschaltung der Energiespeichereinheiten (2, 4) ist die fünfte Schalteinheit S5 geschlossen und die zweite Schalteinheit S2 und die dritte Schalteinheit S3 sind geöffnet.
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Zur Parallelschaltung der Energiespeichereinheiten (2, 4) ist die fünfte Schalteinheit S5 geöffnet und die zweite Schalteinheit S2 und die dritte Schalteinheit S3 sind geschlossen.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weisen die jeweiligen Schalteinheiten (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7) jeweils zumindest ein Halbleiterschaltelement, insbesondere einen Transistor, insbesondere einen Leistungstransistor, insbesondere einen MOSFET oder einen IGBT, auf.
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Dabei weisen die erste Schalteinheit S1, die zweite Schalteinheit S2, die dritte Schalteinheit S3 und die vierte Schalteinheit S4 jeweils zwei Halbleiterschaltelemente auf, die antiseriell geschaltet angeordnet sind. Jeweils ein Halbleiterschaltelement dieser Schalteinheiten (S1, S2, S3, S4) fungiert als Entladeschalter (Sld, S2d, S3d, S4d) und das jeweilige andere Halbleiterschaltelement fungiert als Ladeschalter (Sic, S2c, S3c, S4c). Dabei sind die Entladeschalter (Sld, S2d, S3d, S4d) eingerichtet, den Stromfluss in Entladerichtung zu unterbrechen, und die Ladeschalter (Sic, S2c, S3c, S4c) sind eingerichtet, den Stromfluss in Laderichtung zu unterbrechen.
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Die zwei Halbleiterschaltelemente sind derart nebeneinander angeordnet, dass die Quellanschlüsse der beiden Halbleiterschaltelemente miteinander verbunden sind (common-source) oder dass die Abflussanschlüsse der beiden Halbleiterschaltelemente miteinander verbunden sind (common-drain).
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Unter Entladerichtung wird dabei die Stromflussrichtung in der Schaltungsanordnung verstanden, wenn das elektrische Energiespeichersystem entladen wird. Unter Laderichtung wird die Stromflussrichtung in der Schaltungsanordnung verstanden, wenn das elektrische Energiespeichersystem geladen wird.
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Die fünfte Schalteinheit S5, die sechste Schalteinheit S6 und die siebte Schalteinheit S7 weisen jeweils nur ein Halbleiterschaltelement auf. Das jeweilige Halbleiterschaltelement dieser Schalteinheiten fungiert als Entladeschalter (S5d, S6d, S7).
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Gemäß einem in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die fünfte Schalteinheit S5 und/oder die sechste Schalteinheit S6 und/oder die siebte Schalteinheit S7 auch jeweils zwei Halbleiterschaltelemente aufweisen, die antiseriell geschaltet angeordnet sind. Alternativ können die die fünfte Schalteinheit S5 und/oder die sechste Schalteinheit S6 und/oder die siebte Schalteinheit S7 ein mechanisches Schaltelement, insbesondere ein Schütz oder ein Relais, aufweisen.
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Das Energiespeichersystem 1 ist mittels eines ersten Ausgangs A1 und eines zweiten Ausgangs A2 mit einer aus dem Energiespeichersystem 1 speisbaren elektrischen Komponente 6 elektrisch leitend verbindbar. Der erste Ausgang A1 ist mit dem ersten Knotenpunkt K1 verbunden und der zweite Ausgang A2 ist mit dem zweiten Knotenpunkt K2 verbunden.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für ein Energiespeichersystem 1 ist beispielsweise für einen Elektromotor eines Fahrzeugs verwendbar. Dazu sind die Ausgänge (A1, A2) des Energiespeichersystems 1 mit einem Fahrzeugboardnetz verbunden.
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Die beschriebene Verwendung einer Schaltungsanordnung für ein Energiespeichersystem 1 ist auch in der Energietechnik möglich, beispielsweise in der Windenergietechnik oder Solarenergietechnik oder Wasserkraftenergietechnik, oder für Pufferspeicher.
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In 2 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für ein Energiespeichersystem 11 dargestellt.
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Die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung weist zusätzlich zu der ersten Ausführungsform einen ersten Mittelabgriff M1, einen zweiten Mittelabgriff M2, einen dritten Mittelabgriff M3 und einen vierten Mittelabgriff M4 auf.
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Der erste Mittelabgriff M1 ist zwischen dem ersten Ladeschalter und dem ersten Entladeschalter der ersten Schalteinheit S1 angeordnet. Der zweite Mittelabgriff M2 ist zwischen dem zweiten Ladeschalter und dem zweiten Entladeschalter der zweiten Schalteinheit S2 angeordnet. Der dritte Mittelabgriff M3 ist zwischen dem dritten Ladeschalter und dem dritten Entladeschalter der dritten Schalteinheit S3 angeordnet. Der vierte Mittelabgriff M4 ist zwischen dem vierten Ladeschalter und dem vierten Entladeschalter der vierten Schalteinheit S4 angeordnet.
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Der erste Polanschluss P4 der zweiten Energiespeichereinheit 4 ist mittels des dritten Mittelabgriffs M3 und des ersten Mittelabgriffs M1 und der sechsten Schalteinheit S6 mit dem ersten Polanschluss P1 der ersten Energiespeichereinheit 2 und dem ersten Eingang E1 verbindbar.
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Der zweite Polanschluss P3 der ersten Energiespeichereinheit 2 ist mittels des zweiten Mittelabgriffs M2 und des vierten Mittelabgriffs M4 und der siebten Schalteinheit S7 mit dem zweiten Polanschluss P2 der zweiten Energiespeichereinheit 4 und dem zweiten Eingang E2 verbindbar.
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Dabei ist der jeweilige Entladeschalter (Sld, S2d, S3d, S4d) zwischen dem jeweiligen Polanschluss (P1, P2, P3, P4) und dem jeweiligen Mittelabgriff (M1, M2, M3, M4) angeordnet und der jeweilige Ladeschalter (Sic, S2c, S3c, S4c) ist zwischen dem jeweiligen Mittelabgriff (M1, M2, M3, M4) und dem jeweiligen Eingang (E1, E2) angeordnet.
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Im Gegenteil zum ersten Ausführungsbeispiel ist der erste Knotenpunkt K1 nicht unmittelbar mit der sechsten Schalteinheit S6 verbunden und der zweite Knotenpunkt K2 ist nicht unmittelbar mit der siebten Schalteinheit S7 verbunden.
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In 3 ist eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für ein Energiespeichersystem 21 dargestellt.
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Die dritte Ausführungsform der Schaltungsanordnung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass statt der ersten Schalteinheit S1 ein erstes mechanisches Schaltelement S1m zwischen dem ersten Polanschluss P1 der ersten Energiespeichereinheit 2 und dem ersten Knotenpunkt K1 angeordnet ist. Statt der dritten Schalteinheit S3 ist ein drittes mechanisches Schaltelement S3m zwischen dem ersten Polanschluss P4 der zweiten Energiespeichereinheit 4 und dem ersten Knotenpunkt K1 angeordnet. Das jeweilige mechanische Schaltelement (S1m, S3m) ist als Schütz oder Relais ausführbar.
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Gemäß einem in den Figuren nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel kann statt der zweiten Schalteinheit S2 ein zweites mechanisches Schaltelement und statt der vierten Schalteinheit S4 ein viertes mechanisches Schaltelement in der Schaltungsanordnung angeordnet sein, während die erste Schalteinheit S1 und die dritte Schalteinheit S3 jeweils zwei Halbleiterschaltelemente aufweisen, die antiseriell geschaltet angeordnet sind.
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In 4 ist eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für ein elektrisches Energiespeichersystem 31 gezeigt.
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Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die zweite Schalteinheit S2 nur einen zweiten Ladeschalter S2c und keinen zweiten Entladeschalter S2d aufweist und die vierte Schalteinheit S4 nur einen vierten Ladeschalter S4c und keinen vierten Entladeschalter S4d aufweist. Dafür weist die Schaltungsanordnung eine erste Sicherung 38 und eine zweite Sicherung 39 auf. Die jeweilige Sicherung (38, 39) ist beispielsweise als pyrotechnisches Schaltelement ausführbar.
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Die erste Sicherung 38 ist zwischen dem ersten Polanschluss P1 der ersten Energiespeichereinheit 2 und der ersten Schalteinheit S1 angeordnet. Die erste Sicherung 38 ist eingerichtet, einen Entladestrom zu dem ersten Ausgang A1 zu unterbrechen.
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Die zweite Sicherung 30 ist zwischen dem zweiten Polanschluss P2 der zweiten Energiespeichereinheit 4 und der vierten Schalteinheit S4 angeordnet. Die zweite Sicherung 39 ist eingerichtet, einen Entladestrom zu dem zweiten Ausgang A2 zu unterbrechen.
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In 5 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für ein elektrisches Energiespeichersystem 41 dargestellt.
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Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen dadurch, dass der erste Polanschluss P1 der ersten Energiespeichereinheit 2 mittels der dritten Schalteinheit S3 mit dem ersten Polanschluss P4 der zweiten Energiespeichereinheit 4 verbindbar ist und dass der zweite Polanschluss P3 der ersten Energiespeichereinheit 2 mittels der zweiten Schalteinheit S2 mit dem zweiten Polanschluss P2 der zweiten Energiespeichereinheit 4 verbindbar ist.
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Der erste Knotenpunkt K1 verbindet die erste Schalteinheit S1 mit dem ersten Ausgang A1 und dem ersten Eingang E1.
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Der zweite Knotenpunkt K2 verbindet die vierte Schalteinheit S4 mit dem zweiten Ausgang A2 und dem zweiten Eingang E2.
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Im fünften Ausführungsbeispiel der Schaltanordnung weisen die erste Schalteinheit S1 und die vierte Schalteinheit S4 jeweils zwei Halbleiterschaltelemente auf. Dabei sind die jeweiligen zwei Halbleiterschaltelemente derart angeordnet, dass die jeweiligen Abflussanschlüsse miteinander verbunden sind.
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Die zweite Schalteinheit S2, die dritte Schalteinheit S3, die fünfte Schalteinheit S5, die sechste Schalteinheit S6 und die siebte Schalteinheit S7 weisen jeweils ein einziges Halbleiterschaltelement auf.
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In 6 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für ein elektrisches Energiespeichersystem 51 dargestellt.
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Das sechste Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem fünften Ausführungsbeispiel dadurch, dass die zweite Schalteinheit S2, die dritte Schalteinheit S3, die fünfte Schalteinheit S5, die sechste Schalteinheit S6 und die siebte Schalteinheit S7 jeweils ein mechanisches Schaltelement aufweisen.
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In 7 ist ein siebtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für ein elektrisches Energiespeichersystem 61 dargestellt.
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Das siebte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem sechsten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die antiseriell angeordneten Halbleiterschaltelemente derart angeordnet sind, dass die jeweiligen Quellanschlüsse der zwei Halbleiterschaltelemente miteinander verbunden sind.
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In 8 ist ein achtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für ein elektrisches Energiespeichersystem 71 dargestellt.
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Das achte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem fünften Ausführungsbeispiel dadurch, dass zwischen den Halbleiterschaltelementen der ersten Schalteinheit S1 ein erster Mittelabgriff M1 angeordnet ist, der den ersten Eingang E1 mit der ersten Schalteinheit S1 verbindet. Der erste Ausgang A1 ist unmittelbar mit der ersten Schalteinheit S1 verbunden.
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Außerdem ist zwischen den Halbleiterschaltelementen der vierten Schalteinheit S4 ein vierter Mittelabgriff M4 angeordnet, der den zweiten Eingang E2 mit der vierten Schalteinheit S4 verbindet. Der zweite Ausgang A2 ist unmittelbar mit der vierten Schalteinheit S4 verbunden.
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In 9 ist ein neuntes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für ein elektrisches Energiespeichersystem 81 dargestellt.
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Das neunte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem achten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die zweite Schalteinheit S2, die dritte Schalteinheit S3, die fünfte Schalteinheit S5, die sechste Schalteinheit S6 und die siebte Schalteinheit S7 jeweils ein mechanisches Schaltelement aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017206834 A1 [0002]
- DE 10330834 A1 [0003]
- WO 2011/105794 [0004]
