WO2017125347A1 - Verbesserte energiespeicher-anordnung mit mehreren energiespeichern - Google Patents

Verbesserte energiespeicher-anordnung mit mehreren energiespeichern Download PDF

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WO2017125347A1
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Dominik GRUBER
Joerg Reuss
Thomas Schimanek
Andre Schmitz
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to an improved current source arrangement with multiple current sources.
  • a power source can be optimized for high capacity.
  • Another power source may be optimized for high power output.
  • the present invention relates in particular to an improved
  • Power source arrangement for an electrically driven vehicle for an electrically driven vehicle.
  • Vehicle capacity-optimized accumulator cells and power-optimized accumulator cells or double-layer capacitors are mixed in one
  • Accumulator installed, which is also referred to in the art as a dual memory.
  • one or more strands of capacitance-optimized cells are switched in parallel with one or more strings of power-optimized cells.
  • the strings are typically coupled by means of a DC / DC converter connected in parallel to the strings.
  • the DC / DC converter compensates for different voltages between the strings.
  • a disadvantage of the prior art is that the DC / DC converter for the maximum peak power of the coupled strand to
  • the invention has as its object to provide an improved power source arrangement having a plurality of power sources.
  • the object of the invention is achieved by a current source arrangement according to claim 1, an electric drive according to claim 8 and by a method according to claim 9.
  • a current source arrangement comprises a first current source with a first terminal and a second terminal, a second current source with a first terminal and a second terminal and a
  • the DC / DC converter has a first terminal pair and a second terminal pair.
  • DC / DC converter is designed to be connected to the first
  • Terminal pair applied first DC voltage to be converted into a DC output at the second terminal pair.
  • the DC / DC converter may be configured to convert a first DC voltage applied to the second terminal pair into a DC voltage delivered to the first terminal pair.
  • the first terminal pair of the DC / DC converter is connected in parallel to the first current source, and the second terminal pair of the
  • DC / DC converter is connected in series to the second current source
  • the second terminal pair of the DC / DC converter and the second current source are connected in parallel with the first current source.
  • the DC / Gteichorn converter does not convert all the power delivered by a power source. Consequently, it can be designed much simpler, whereby space, weight, effort and power loss are reduced. Furthermore, the performance of the current source arrangement according to the invention is increased.
  • the first current source may be configured to have a higher output voltage than the second current source.
  • the DC / DC converter can be operated so that both current sources deliver current in parallel to a consumer. This operating case is desirable if an electric drive is to generate a high torque.
  • Power source arrangement can be operated in another operating case so that the voltage of the first power source and the voltage of the second
  • This mode may be desirable, for example, when an electric drive is operated at a high speed.
  • a first terminal of the first terminal pair and a first terminal of the second terminal pair of the DC / DC converter may have the same potential.
  • the first terminal of the first current source may be coupled to the first terminal of the first terminal pair of the DC / DC converter and to the first terminal of the second terminal pair of the DC / DC converter.
  • the second terminal of the first current source may be coupled to the second terminal of the second current source and to the second terminal of the first terminal pair of the DC / DC converter.
  • the power source arrangement may have a first terminal and a second terminal.
  • a load may be connected to the first terminal and the second terminal of the current source arrangement, for example an inverter supplying an electrical machine.
  • the first terminal of the first current source may be coupled to the first terminal of the current source arrangement.
  • the second terminal of the first current source may be coupled via a first switch to the second terminal of the current source arrangement.
  • the second terminal of the second current source may be coupled via a second switch to the second terminal of the current source arrangement.
  • the first and the second switch may be a so-called contactor.
  • the first and second switches may be switched according to the desired operating condition so that the current in the arrangement of the two current sources and the DC / DC converter flows in the desired manner. Furthermore, the first switch and the second switch can be used when loading the
  • Power source arrangement are switched so that the power sources
  • the current source arrangement according to the invention may have a first charging connection which is connected to the first connection of the second connection pair of the DC / DC converter coupled, and a second charging port, which is coupled to the second terminal of the second current source having.
  • the first power source and / or the second power source may include a high capacity optimized battery, a high current output optimized battery, a capacitor, a supercapacitor, a series circuit of battery cells, a series circuit of high capacity battery cells, a series circuit of for a high
  • the first power source may include a
  • the second current source may be a series connection of accumulator cells optimized for a high current output and / or an accumulator optimized for a high current output.
  • the power source assembly may include a controller.
  • the controller may be configured to drive the DC / DC converter, the first switch and the second switch so that the first switch and the second switch are closed.
  • the control device can control the DC / DC converter so that a current flow through the first power source and one at the terminals of the
  • the DC / DC converter is controlled so that a current flow through the first current source and through the first terminal pair of the DC / DC converter is formed.
  • the DC / DC converter is driven in this first operating case so that a current flow through the second power source and through the second terminal pair of the DC / DC converter and by the connected to the terminal pair of the power source arrangement
  • the current of the first current source flows to the consumer connected to the terminal pair of the current source arrangement.
  • the DC / DC converter can be operated by means of a current control, wherein the current at the second terminal pair of DC / DC converter the load distribution between the two
  • the voltage of the first current source can be present at the load, which is equal to the sum of the voltage of the second current source and the voltage across the second terminal pair of the
  • DC / DC converter is This operating case can be used for example for accelerating an electrically driven vehicle, since in this case the electrical machine must generate a high torque, for which the inverter requires a high DC link current.
  • control device In a second operating case, the control device, the first switch and the second switch to control so that the first switch is open and the second switch is closed.
  • the voltage at the second terminal pair of the DC / DC converter can be regulated. This can be done at the terminals of the
  • Power source arrangement generates a voltage higher than the
  • the sum of the voltage of the second current source and the voltage across the second terminal pair of the DC / DC converter is present at the terminals of the current source arrangement.
  • inventive current source arrangement can thus a high
  • Operating case may be suitable when the electric machine is operated at a high speed.
  • the control device controls the first switch and the second switch so that the first switch is open and the second switch is open Switch is open.
  • the control device controls the DC / DC converter so that a current flow through the charging terminals and through the second power source and through the second terminal pair of the DC / DC converter is produced Consequently, a current flow through the first terminal pair of the DC / DC converter and through the first power source.
  • the first power source and the second power source can be charged.
  • the current is controlled or regulated via the first terminal pair of the DC / DC converter. Furthermore, this increases a voltage at the charging terminal of the device which is higher than the voltage of the second current source. Because the charging power is linear from the
  • Charging voltage depends and since usually the charging current is limited at a charging station, the charging power of the power source assembly increases.
  • the invention also relates to an electric drive with an electrical
  • the electric drive also includes the power source arrangement described above, which is connected to second terminals of the inverter.
  • Inverter generates from the DC voltage of the current source arrangement an AC signal, for example a three-phase AC signal, which is applied to the electric machine.
  • the invention also relates to an electrically driven vehicle with the electric drive described above.
  • the electrically powered vehicle may include a hybrid drive, a plug-in hybrid drive, or a fully electric drive.
  • the invention also relates to a method for supplying an electrical
  • the method comprises the steps of causing a current flow through a first current source and through the first
  • This operating case corresponds to the first operating case, previously in connection with the invention
  • the method includes the step of causing current to flow through the first current source and through the first terminal pair of the DC / DC converter and the step of causing current flow through the second current source and through the second terminal pair of the DC / DC converter and by the consumer.
  • This operating case corresponds to that in connection with the invention
  • the method may include the step of causing current flow from a charging current source through charging terminals and through the second current source and the second terminal pair of the DC / DC converter and the step of causing current flow through the first terminal pair of the DC / DC converter and by the first
  • This operation case is for charging the first power source and the second power source.
  • the method can be developed as previously with regard to
  • the invention also relates to a computer program product which, when loaded into a memory of a computer having a processor, previously
  • Figure 1 shows the operation of the current source arrangement according to the invention in a first case of operation
  • Figure 2 shows the operation of the current source arrangement according to the invention in a second case of operation
  • Figure 3 shows the operation of the current source arrangement according to the invention in a third case of operation
  • Figure 4 shows an embodiment with a fuel cell
  • Figure 5 shows a current source arrangement of the prior art.
  • FIG. 5 shows an accumulator arrangement 1 of the prior art
  • the accumulator assembly 1 of the prior art comprises a first Series connection 2 first charge storage cells 4, for example capacitors, which are designed for a high current output.
  • the first series circuit 2 of first charge storage cells 4 is connected to a DC / DC converter 10, which is second to a second series circuit 6
  • Charge storage cells 8 is connected, which are optimized for a high capacity.
  • the second charge storage cells 8 may be, for example, lithium-ion cells.
  • the second series circuit 6 of second charge storage cells 8 forms the intermediate circuit voltage and is connected to the DC-current input 14 of the
  • Inverter 12 connected.
  • the DC / DC converter 10 must be designed so that it the first power (P - U1 ⁇ 11), the first series circuit 2 of the first
  • Charge storage cells can be issued, can convert, making it expensive to produce and has a high Ratz worker.
  • the current source arrangement 100 which is operated in a first operating case.
  • the current source arrangement 100 according to the invention comprises a first current source 102 whose first connection to the first terminal 103 of FIG.
  • Terminal pair 108 of a DC / DC converter 106 is decoupled.
  • the second terminal of the first current source 102 is coupled to the second terminal 105 of the current source arrangement 100 via a first shed 116.
  • the second terminal of the first current source 102 is coupled to the second terminal of the first terminal pair 108 of the DC / DC converter 106.
  • a first terminal of a second current source 104 is connected to the second terminal of the second terminal pair 110 of the DC / DC converter 106.
  • DC / DC converter 106 is coupled to the first terminal 103 of the current source assembly 100.
  • Current source 104 is coupled via a second switch 118 to the second terminal 105 of the current source arrangement 100.
  • the first switch 116 and the second switch 118 may each be a so-called protection.
  • the first terminal of the second terminal pair 110 of the DC / DC converter 116 is connected to a first charging switch 124 via a first charging switch 124 Charging port 120 coupled.
  • the second terminal of the second current source 104 is coupled to the second charging terminal 122 via a second switch 126.
  • a controller 150 controls the operation of the first switch 116, the second switch 118, the first charging switch 124, the second one
  • the first switch 116 and the second switch 118 are closed.
  • the first charging switch 124 and the second charging switch 126 are open.
  • the first current source 102 has the voltage U1 and the second current source 104 has the voltage U2.
  • the current 11 flows through the first current source 102 and the current 12 flows through the second current source 104.
  • the voltage U3-U1 is applied to the first terminal pair 108 of the DC / DC converter 106.
  • the voltage U4 is present, which corresponds to the difference between the voltage U1 of the first current source 102 and the voltage U2 of the second current source 104
  • the DC / DC converter must be designed for a power P> U4 ⁇ 14.
  • Terminal pair 110 of the DC / DC converter 106 is substantially lower than the voltage U2 of the second current source 104, the
  • DC / DC converter 106 can be designed for a significantly lower power. As a result, space, weight, expenses, losses and the like can be avoided.
  • the voltage of the first current source U1 is 360V and the current 1111 output from the first current source 102 is 400A.
  • the voltage U2 of the second current source 104 is 300V.
  • the current 12 output from the second current source 104 is 200A is the over the second
  • Terminal pair 110 of the DC / DC converter 106 sloping
  • the current 13 is through the first one
  • Terminal pair 108 of the DC / DC converter 106 35 A and the voltage U3360 V, which corresponds to a power of P1 12.6 kW.
  • the power output at the second connection pair 110 is calculated using the following formula:
  • a power of about P 12 kW can be delivered to the second terminal pair 110 of the DC / DC converter 106, which corresponds to a voltage U4 of about 60 V and a Current 14 corresponds to about 200 A.
  • the current 15 output at the terminals 103, 105 of the current source arrangement 100 is the sum of the current 11 through the first current source 102 and the current 12 output by the second current source 104 minus the current 13. In the aforementioned example, the current 15 is about 565 A.
  • Inverter 112 connected to the DC of the
  • Power source arrangement 100 converts into a three-phase alternating current for an electric machine 114.
  • the operation of an inverter 112 and an electric machine 114 for driving a vehicle are the
  • DC / DC converter 10 of the prior art according to Figure 5 must be designed for a higher power, which corresponds at least to the product of the voltage U2 of the second power source 2 and the current 12 through the second power source.
  • FIG. 2 shows a second operating case or a second embodiment of the current source arrangement 100 according to the invention.
  • the structural design of the current source arrangement 100 of Figure 2 corresponds to that of Figure 1, so that it is not described again in the interests of pragnancy.
  • the first switch 116 is opened and the second switch 118 is closed.
  • the first charging switch 124 and the second charging switch 126 are open.
  • the DC / DC converter 106 converts the voltage U3 into the voltage U4, wherein the
  • the advantage of the operating case or the embodiment according to FIG. 2 is that a voltage which is higher than the voltage U1 of the first current source 102 can be provided to the inverter 112. As a result, depending on the operating point of the electric machine 104, the overall efficiency can be optimized. This operating case, for example, at a high speed of the electric
  • Machine 114 be suitable.
  • FIG. 3 shows a third case of operation in which the first current source 102 and the second current source 104 of FIG
  • the structural configuration of the current source arrangement 100 shown in FIG. 3 corresponds to the structure of the current source arrangements shown in FIGS. 1 and 2, so that the structural design of the power source arrangement shown in FIGS. 1 and 2, so that the structural design of the power source arrangement shown in FIGS. 1 and 2, so that the structural design of the power source arrangement shown in FIGS. 1 and 2, so that the structural design of the power source arrangement shown in FIGS. 1 and 2, so that the structural design of the power source arrangement shown in FIGS
  • the first switch 116 and the second switch 118 are open, and the first charging switch 124 and the second charging switch 126 are closed.
  • a current 14 flows through the second terminal pair 110 of the DC / DC converter 106 and through the second current source 104.
  • the current 14 through the second terminal pair 110 of the DC / DC converter 106 is equal to the current 12 through the second current source 104.
  • the voltage U2 drops.
  • Via the second terminal pair 110 of the DC / DC converter 106 falls the Voltage U4 off. The sum of the voltage U2 falling across the second current source 104 and that of the second terminal pair 110 of the
  • Power / DC converter 106 falling voltage U4 corresponds to the charging voltage, as it can be delivered, for example, from a charging device.
  • the DC / DC converter 106 is controlled so that the
  • DC / DC converter 106 is converted, wherein the current through the first terminal pair is controlled and wherein the current through the first
  • Connection pair is regulated so that the maximum charging voltage is not exceeded.
  • the voltage U3 across the first terminal pair 108 of the DC / DC converter may be higher than the voltage U4 across the second terminal pair 110 of the DC / DC converter.
  • the voltage U3 at the first terminal pair 108 of the DC / DC converter 106 corresponds to the voltage U1 at the first current source 102.
  • the charging power of a current source arrangement increases linearly with the voltage of the current source arrangement, since usually charging devices for electrically driven vehicles are operated so that the maximum charging current is limited. Consequently, the maximum current of the charging device is the limiting parameter. Since the first switch 116 and the second switch 118 are opened, the voltage at the charging terminals 120, 122 may be higher than the allowable voltage at the inverter 112. Further, the first power source 102 can be charged with a comparatively high voltage, thereby increasing the charging power and reducing the time required for charging.
  • the charging voltage of the current source arrangement 100 is preferably regulated so that the maximum charging voltage of the charging station is reached.
  • the first current source 102 may comprise a series connection of accumulator cells, for example lithium-ion cells, which are optimized for high capacity (high-energy cells).
  • the second power source 104 may include a plurality of battery cells, such as lithium-ion cells, optimized for high current output
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the invention.
  • the embodiment of Figure 4 corresponds structurally to the embodiments of Figures 1 to 3, except that the second power source 204 is a fuel cell.
  • the first power source 202 may be one for high
  • Power output optimized power storage for example, a
  • Supercapacitor and / or a series circuit of battery cells which are optimized for high power output. This embodiment can be operated by means of the control device 150 as described above with reference to FIGS. 1 to 3.
  • the invention has the advantage that a DC / DC converter can be designed for a lower power. Furthermore, the invention has the advantage that a plurality of current sources can be operated in parallel or in series in order to better match the output current and / or the applied voltage to the operating point of an inverter with an electrical machine. Furthermore, the charging can be accelerated on a current-limited charging device.

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Abstract

Die Erfindung offenbart eine Stromquellenanordnung, aufweisend: - eine erste Stromquelle mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss; - eine zweite Stromquelle mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss; und - einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler, mit einem ersten Anschlusspaar und einem zweiten Anschlusspaar, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler dazu ausgebildet ist, eine an das erste Anschlusspaar angelegte erste Gleichspannung in eine am zweiten Anschlusspaar abgegebene Gleichspannung zu wandeln und/oder eine an das zweite Anschlusspaar angelegte erste Gleichspannung in eine am ersten Anschlusspaar abgegebene Gleichspannung zu wandeln; wobei das erste Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers der ersten Stromquelle parallel geschaltet ist, wobei das zweite Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers der zweiten Stromquelle in Serie geschaltet ist und wobei das zweite Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers und die zweite Stromquelle der ersten Stromquelle parallel geschaltet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Stromquellenanordnung mit mehreren Stromquellen. Eine Stromquelle kann für eine hohe Kapazität optimiert sein. Eine andere Stromquelle kann für eine hohe Leistungsabgabe optimiert sein. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine verbesserte
Stromquellenanordnung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug.
Zur Leistungsskalierung bei elektrochemischen Energiespeichern in einem
Fahrzeug werden kapazitätsoptimierte Akkumulatorzellen und leistungsoptimierte Akkumulatorzellen oder Doppelschichtkondensatoren gemischt in einer
Akkumulatoranordnung eingebaut, was im Stand der Technik auch als Dualspeicher bezeichnet wird. In der Regel werden ein Strang oder mehrere Stränge von kapazftätsoptimierten Zellen parallel zu einem Strang oder mehreren Strängen mit leistungsoptimierten Zellen geschaltet. Die Stränge sind in der Regel mittels eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers gekoppelt, der den Strängen parallel geschaltet ist. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler gleicht unterschiedliche Spannungen zwischen den Strängen aus.
Die DE 20 2009017862 U1 und die DE 202008 017499 U1 beschreiben
Parallelschaltungen von (Batterien.
Die DE 102013 209 069 A1 offenbart eine Batteriebaugruppe mit
Hochenergiezellen und Hochleistungszellen.
Ein Nachteil des Standes der Technik ist, dass der Gleichstrom/Gleichstrom- Wandler für die maximale Spitzenleistung des angekoppelten Strangs an
Akkumulatorzellen ausgelegt werden muss. Ein derartiger Gleichstrom/Gleichstrom- Wandler ist aufwändig, benötigt relativ viel Bauraum, verursacht hohe Kosten und verursacht eine hohe Verlustleistung.
Die DE 102015 202 975.1, deren gesamter Inhalt hiermit per Bezugnahme aufgenommen wird, beschreibt eine Akkumulatoranordnung mit einem
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler mit parallel geschalteten ersten Akkumulatorzellen, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler zweiten
Akkumulatorzellen in Serie geschattet ist.
Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, eine verbesserte Stromquellenanordnung zu schaffen, die eine Mehrzahl Stromquellen aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Stromquellenanordnung nach Anspruch 1 , einen elektrischen Antrieb nach Anspruch 8 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 9 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Stromquellenanordnung umfasst eine erste Stromquelle mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss, eine zweite Stromquelle mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss und einen
GleichstronVGleichstrom-Wandler. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler weist ein erstes Anschlusspaar und ein zweites Anschlusspaar auf. Der
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler ist dazu ausgebildet, eine an das erste
Anschlusspaar angelegte erste Gleichspannung in eine am zweiten Anschlusspaar abgegebene Gleichspannung zu wandeln. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler kann dazu ausgebildet sein, eine an das zweite Anschlusspaar angelegte erste Gleichspannung in eine am ersten Anschlusspaar abgegebene Gleichspannung zu wandeln. Das erste Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers ist der ersten Stromquelle parallel geschaltet, und das zweite Anschlusspaar des
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers ist der zweiten Stromquelle in Serie geschaltet Das zweite Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers und die zweite Stromquelle sind zur ersten Stromquelle parallel geschaltet.
Bei der erfindungsgemäßen Stromquellenanordnung muss der
Gleichstrom/Gteichstrorn-Wandler nicht die gesamte Leistung, die von einer Stromquelle abgegeben wird, wandeln. Folglich kann er wesentlich einfacher ausgelegt werden, wodurch Bauraum, Gewicht, Aufwände und Verlustleistung reduziert werden. Ferner wird die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Stromquellenanordnung erhöht Die erste Stromquelle kann dazu eingerichtet sein, dass sie eine höhere Ausgangsspannung als die zweite Stromquelle aufweist. Bei der erfindungsgemäßen Stromquellenanordnung kann der Gleichstrom/Gleichstrom- Wandler so betrieben werden, dass beide Stromquellen parallel Strom an einen Verbraucher abgeben. Dieser Betriebsfall ist wünschenswert, wenn ein elektrischer Antrieb ein hohes Drehmoment erzeugen soll. Die erfindungsgemäße
Stromquellenanordnung kann bei einem anderen Betriebsfall so betrieben werden, dass die Spannung der ersten Stromquelle und die Spannung der zweiten
Stromquelle über den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler seriell geschaltet werden. Diese Betriebsart kann beispielsweise erwünscht sein, wenn ein elektrischer Antrieb bei einer hohen Drehzahl betrieben wird.
Ein erster Anschluss des ersten Anschlusspaars und ein erster Anschluss des zweiten Anschlusspaars des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers können das gleiche Potenzial aufweisen. Dadurch werden die Spannungen am ersten Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers, am zweiten Anschlusspaar des
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlere und am ersten Anschluss der ersten
Stromquelle auf das gleiche Bezugspotenzial gelegt.
Der erste Anschluss der ersten Stromquelle kann mit dem ersten Anschluss des ersten Anschlusspaars des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers und mit dem ersten Anschluss des zweiten Anschlusspaars des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers gekoppelt sein. Der zweite Anschluss der ersten Stromquelle kann mit dem zweiten Anschluss der zweiten Stromquelle und mit dem zweiten Anschluss des ersten Anschlusspaars des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers gekoppelt sein.
Die Stromquellenanordnung kann einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweisen. An den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss der Stromquellenanordnung kann ein Verbraucher angeschlossen sein, beispielsweise ein Wechselrichter, der eine elektrische Maschine versorgt Der erste Anschluss der ersten Stromquelle kann mit dem ersten Anschluss der Stromquellenanordnung gekoppelt sein. Der zweite Anschluss der ersten Stromquelle kann über einen ersten Schalter mit dem zweiten Anschluss der Stromquellenanordnung gekoppelt sein. Der zweite Anschluss der zweiten Stromquelle kann über einen zweiten Schalter mit dem zweiten Anschluss der Stromquellenanordnung gekoppelt sein. Der erste und der zweite Schalter kann ein so genanntes Schütz sein.
Der erste und der zweite Schalter können je nach gewünschtem Betriebszustand so geschaltet werden, dass der Strom in der Anordnung aus den zwei Stromquellen und dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler auf die gewünschte Weise fließt. Femer können der erste Schalter und der zweite Schalter beim Laden der
Stromquellenanordnung so geschaltet werden, dass die Stromquellen
ordnungsgemäß geladen werden.
Die erfindungsgemäße Stromquellenanordnung kann einen ersten Ladeanschluss, der mit dem ersten Anschluss des zweiten Anschlusspaars des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers gekoppelt ist, und einen zweiten Ladeanschluss, der mit dem zweiten Anschluss der zweiten Stromquelle gekoppelt ist, aufweisen. Dadurch kann der Ladestrom für die erste Stromquelle mittels des
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers eingestellt werden.
Die erste Stromquelle und/oder die zweite Stromquelle können einen für eine hohe Kapazität optimierten Akkumulator, einen für eine hohe Stromabgabe optimierten Akkumulator, einen Kondensator, einen Superkondensator, eine Serienschaltung von Akkumulatorzellen, eine Serienschaltung von für eine hohe Kapazität optimierten Akkumulatorzellen, eine Serienschaltung von für eine hohe
Stromabgabe optimierten Akkumulatorzellen und/oder eine Brennstoffzelle aufweisen. Bei einer Ausführungsform kann die erste Stromquelle eine
Serienschaltung von für eine hohe Kapazität optimierten Akkumulatorzellen und/oder ein für eine hohe Kapazität optimierter Akkumulator sein. Die zweite Stromquelle kann eine Serienschaltung von für eine hohe Stromabgabe optimierten Akkumulatorzellen und/oder ein für eine hohe Stromabgabe optimierter Akkumulator sein.
Die Stromquellenanordnung kann eine Steuerungseinrichtung aufweisen. Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, den Gleichstrom/Gleichstrom- Wandler, den ersten Schalter und den zweiten Schalter so anzusteuern, dass der erste Schalter und der zweite Schalter geschlossen sind. Die Steuerungseinrichtung kann den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler so ansteuern, dass ein Stromfluss durch die erste Stromquelle und durch einen an den Anschlüssen der
Stromquellenanordnung angeschlossenen Verbraucher entsteht. Femer wird der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler so angesteuert, dass ein Stromfluss durch die erste Stromquelle und durch das erste Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlers entsteht. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler wird bei diesem ersten Betriebsfall so angesteuert, dass ein Stromfluss durch die zweite Stromquelle und durch das zweite Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers und durch den an das Anschlusspaar der Stromquellenanordnung angeschlossenen
Verbraucher entsteht. Femer fließt der Strom der ersten Stromquelle zu dem an das Anschlusspaar der Stromquellenanordnung angeschlossenen Verbraucher. Bei diesem ersten Betriebsfall kann der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler mittels einer Stromregelung betrieben werden, wobei der Strom am zweiten Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers die Lastverteilung zwischen den beiden
Stromquellen regelt.
Über das zweite Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers kann die Differenz zwischen der Spannung der ersten Stromquelle und der zweiten
Stromquelle anliegen. Bei diesem Betriebsfall kann am Verbraucher die Spannung der ersten Stromquelle anliegen, die gleich der Summe der Spannung der zweiten Stromquelle und der Spannung über das zweite Anschlusspaar des
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers ist Dieser Betriebsfall kann beispielsweise zum Beschleunigen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges verwendet werden, da in diesem Betriebsfall die elektrische Maschine ein hohes Drehmoment erzeugen muss, wofür der Wechselrichter einen hohen Zwischenkreisstrom benötigt.
Bei einem zweiten Betriebsfall kann die Steuerungseinrichtung den ersten Schalter und den zweiten Schalter so ansteuern, dass der erste Schalter offen ist und der zweite Schalter geschlossen ist. Bei diesem Betriebsfall wird der
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler so angesteuert, dass ein Stromfluss durch die erste Stromquelle und durch das erste Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlers entsteht. Ferner wird der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler so
angesteuert, dass ein Stromfluss durch die zweite Stromquelle und durch das zweite Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers und durch den an die Anschlüsse der Stromquellenanordnung angeschlossenen Verbraucher entsteht. Die Spannung am zweiten Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers kann geregelt werden. Dadurch kann an den Anschlüssen der
Stromquellenanordnung eine Spannung erzeugt werden, die höher als die
Spannung der ersten Stromquelle ist.
Bei dieser Ausführungsform liegt an den Anschlüssen der Stromquellenanordnung die Summe der Spannung der zweiten Stromquelle und der Spannung über das zweite Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers an. Die
erfindungsgemäße Stromquellenanordnung kann somit eine hohe
Zwischenkreisspannung erzeugen, wodurch der Wirkungsgrad des Wechselrichters je nach Arbeitspunkt des elektrischen Antriebs erhöht werden kann. Dieser
Betriebsfall kann geeignet sein, wenn die elektrische Maschine bei einer hohen Drehzahl betrieben wird.
Die Steuerungseinrichtung steuert bei einem dritten Betriebsfall den ersten Schalter und den zweiten Schalter so an, dass der erste Schalter offen ist und der zweite Schalter offen ist. Die Steuerungseinrichtung steuert den Gleichstrom/Gleichstrom- Wandler so an, dass ein Stromfluss durch die Ladeanschlüsse und durch die zweite Stromquelle und durch das zweite Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlers entsteht Folglich entsteht ein Stromfluss durch das erste Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers und durch die erste Stromquelle. In diesem [Betriebsfall können die erste Stromquelle und die zweite Stromquelle geladen werden. Bei diesem Betriebsfall wird der Strom über das erste Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers gesteuert bzw. geregelt. Femer erhöht sich dadurch eine Spannung am Ladeanschluss der Anordnung, die höher als die Spannung der zweiten Stromquelle ist. Da die Ladeleistung linear von der
Ladespannung abhängt und da in der Regel der Ladestrom bei einer Ladestation begrenzt ist, steigt die Ladeleistung der Stromquellenanordnung.
Die Erfindung betrifft auch einen elektrischen Antrieb mit einer elektrischen
Maschine, die an ersten Anschlüssen eines Wechselrichters angeschlossen ist. Der elektrische Antrieb umfasst auch die zuvor beschriebene Stromquellenanordnung, die an zweiten Anschlüssen des Wechselrichters angeschlossen ist. Der
Wechselrichter erzeugt aus der Gleichspannung der Stromquellenanordnung ein Wechselstromsignal, beispielsweise ein dreiphasiges Wechselstromsignal, das an die elektrische Maschine angelegt wird.
Die Erfindung betrifft auch ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit dem zuvor beschriebenen elektrischen Antrieb. Das elektrisch angetriebene Fahrzeug kann einen Hybrid-Antrieb, einen Plug-In-Hybrid-Antrieb oder einen vollständig elektrischen Antrieb aufweisen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Versorgen eines elektrischen
Verbrauchers. Bei einem ersten Betriebsfall weist das Verfahren die Schritte des Bewirkens eines Stromflusses durch eine erste Stromquelle und durch den
Verbraucher, den Schritt des Bewirkens eines Stromflusses durch die erste
Stromquelle und durch ein erstes Anschlusspaar eines Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlers und den Schritt des Bewirkens eines Stromflusses durch eine zweite Stromquelle und durch ein zweites Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlers und durch den Verbraucher auf. Dieser Betriebsfall entspricht dem ersten Betriebsfall, der zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen
Stromquellenanordnung beschrieben wurde. Im Sinne der Prägnanz wird dessen Beschreibung nicht wiederholt. In einem zweiten Betriebsfall umfasst das Verfahren den Schritt des Bewirkens eines Stromflusses durch die erste Stromquelle und durch das erste Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers und den Schritt des Bewirkens eines Stromflusses durch die zweite Stromquelle und durch das zweite Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers und durch den Verbraucher. Dieser Betriebsfall entspricht dem im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen
Stromquellenanordnung beschriebenen zweiten Betriebsfall. Im Sinne der Pragnanz wird auch dessen Beschreibung nicht wiederholt.
Bei einem dritten Betriebsfall kann das Verfahren den Schritt des Bewirkens eines Stromflusses von einer Ladestromquelle durch Ladeanschlüsse und durch die zweite Stromquelle und das zweite Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlers und den Schritt des Bewirkens eines Stromflusses durch das erste Anschlusspaar des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers und durch die erste
Stromquelle aufweisen. Dieser Betriebsfall dient zum Laden der ersten Stromquelle und der zweiten Stromquelle.
Das Verfahren kann so weitergebildet sein, wie zuvor hinsichtlich der
Stromquellenanordnung beschrieben wurde.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, das, wenn es in einen Speicher eines Computers mit einem Prozessor geladen wird, die zuvor
beschriebenen Schritte ausführt.
Die Erfindung wird anschließend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert, die nicht beschränkende Ausführungsformen der Erfindung zeigen, wobei
Figur 1 die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Stromquellenanordnung bei einem ersten Betriebsfall zeigt;
Figur 2 die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Stromquellenanordnung bei einem zweiten Betriebsfall zeigt;
Figur 3 die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Stromquellenanordnung bei einem dritten Betriebsfall zeigt;
Figur 4 eine Ausführungsform mit einer Brennstoffzelle zeigt; und
Figur 5 eine Stromquellenanordnung des Standes der Technik zeigt.
Figur 5 zeigt eine Akkumulatoranordnung 1 des Standes der Technik mit
Ausgangsanschlüssen 14, an denen ein Wechselrichter 12 angeschlossen ist, an dessen Wechselstromanschlüsse 16 eine elektrische Maschine 18 angeschlossen ist. Die Akkumulatoranordnung 1 des Standes der Technik umfasst eine erste Serienschaltung 2 erster Ladungsspeicherzellen 4, beispielsweise Kondensatoren, die für eine hohe Stromabgabe ausgelegt sind. Die erste Serienschaltung 2 erster Ladungsspeicherzellen 4 ist an einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 10 angeschlossen, der an eine zweite Serienschaltung 6 zweiter
Ladungsspeicherzellen 8 angeschlossen ist, die für eine hohe Kapazität optimiert sind. Die zweiten Ladungsspeicherzellen 8 können beispielsweise Lithium-Ionen- Zellen sein. Die zweite Serienschaltung 6 zweiter Ladungsspeicherzellen 8 bildet die Zwischenkreisspannung und ist an den gleichstromsettigen Eingang 14 des
Wechselrichters 12 angeschlossen.
Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 10 muss so ausgelegt sein, dass er die gesamte Leistung (P - U1 · 11), die von der ersten Serienschaltung 2 erster
Ladungsspeicherzellen abgegeben werden kann, wandeln kann, wodurch er aufwändig herzustellen ist und einen hohen Ratzbedarf aufweist.
Es wird auf Figur 1 Bezug genommen, die eine erfindungsgemäße
Stromquellenanordnung 100 zeigt, die in einem ersten Betriebsfall betrieben wird. Die erfindungsgemäße Stromquellenanordnung 100 umfasst eine erste Stromquelle 102, deren erster Anschluss mit dem ersten Anschluss 103 der
Stromquellenanordnung und mit dem ersten Anschluss eines ersten
Anschlusspaars 108 eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 entkoppelt ist. Der zweite Anschluss der ersten Stromquelle 102 ist über einen ersten Schatter 116 mit dem zweiten Anschluss 105 der Stromquellenanordnung 100 gekoppelt. Ferner ist der zweite Anschluss der ersten Stromquelle 102 mit dem zweiten Anschluss des ersten Anschlusspaars 108 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 gekoppelt Ein erster Anschluss einer zweiten Stromquelle 104 ist an den zweiten Anschluss des zweiten Anschlusspaars 110 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 angeschlossen. Der erste Anschluss des zweiten Anschlusspaars 110 des
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 ist mit dem ersten Anschluss 103 der Stromquellenanordnung 100 gekoppelt Der zweite Anschluss der zweiten
Stromquelle 104 ist über einen zweiten Schalter 118 mit dem zweiten Anschluss 105 der Stromquellenanordnung 100 gekoppelt Der erste Schalter 116 und der zweite Schalter 118 können je ein so genanntes Schutz sein.
Der erste Anschluss des zweiten Anschlusspaars 110 des Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlers 116 ist über einen ersten Ladeschalter 124 mit einem ersten Ladeanschluss 120 gekoppelt. Der zweite Anschluss der zweiten Stromquelle 104 ist über einen zweiten Schalter 126 mit dem zweiten Ladeanschluss 122 gekoppelt. Eine Steuerungseinrichtung 150 steuert die Arbeitsweise des ersten Schalters 116, des zweiten Schalters 118, des ersten Ladeschalters 124, des zweiten
Ladeschalters 126 und des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106.
Bei dem in Figur 1 gezeigt Betriebsfall sind der erste Schalter 116 und der zweite Schalter 118 geschlossen. Der erste Ladeschalter 124 und der zweite Ladeschalter 126 sind geöffnet.
Die erste Stromquelle 102 weist die Spannung U1 und die zweite Stromquelle 104 weist die Spannung U2 auf. Durch die erste Stromquelle 102 fließt der Strom 11 und durch die zweite Stromquelle 104 fließt der Strom 12. Am ersten Anschlusspaar 108 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 liegt die Spannung U3 - U1 an. Am zweiten Anschlusspaar 110 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 liegt die Spannung U4 an, die der Differenz aus der Spannung U1 der ersten Stromquelle 102 und der Spannung U2 der zweiten Stromquelle 104 entspricht
Durch das erste Anschlusspaar 108 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 fließt der Strom 13 und durch das zweite Anschlusspaar 110 des
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers fließt der Strom 14.
Folglich muss der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler für eine Leistung P > U4 · 14 ausgelegt werden. Da in der Regel die Spannung U4 über das zweite
Anschlusspaar 110 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 wesentlich niedriger als die Spannung U2 der zweiten Stromquelle 104 ist, kann der
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 106 für eine deutlich niedrigere Leistung ausgelegt werden. Dadurch lassen sich Bauraum, Gewicht, Aufwände, Verluste und dergleichen vermeiden.
Bei einem Beispiel betragt die Spannung der ersten Stromquelle U1 360 V und der von der ersten Stromquelle 102 abgegebenen Strom 11 400 A. Die Spannung U2 der zweiten Stromquelle 104 beträgt 300 V. Der von der zweiten Stromquelle 104 abgegebenen Strom 12 ist 200 A. Folglich beträgt die über das zweite
Anschlusspaar 110 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 abfallende
Spannung 60 V. Bei dem in Figur 5 gezeigten Beispiel des Standes der Technik fällt über den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler die Spannung U2 von 300 V ab.
Folglich müsste bei diesem Arbeitspunkt der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 10 des Standes der Technik (Fig. 5) für eine Leistung von P > U2 · 12 ausgelegt werden, was diesem Beispiel einer Leistung von 60 kW entspricht
Bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel beträgt der Strom 13 durch das erste
Anschlusspaar 108 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 35 A und die Spannung U3360 V, was einer Leistung von P1 = 12,6 kW entspricht. Die am zweiten Anschlusspaar 110 abgegebene Leistung berechnet sich mittels folgender Formel:
Ρ2 = η · Ρ1;
Falls der erste Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler einem Wirkungsgrad η von etwa 95 % aufweist, kann am zweiten Anschlusspaar 110 des Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlers 106 eine Leistung von etwa P = 12 kW abgegeben werden, was einer Spannung U4 von etwa 60 V und einem Strom 14 von etwa 200 A entspricht.
Der an den Anschlüssen 103, 105 der Stromquellenanordnung 100 abgegebene Strom 15 ist die Summe des Stroms 11 durch die erste Stromquelle 102 und des durch die zweite Stromquelle 104 abgegebenen Stroms 12 minus dem Strom 13. Bei dem zuvor genannten Beispiel beträgt der Strom 15 etwa 565 A.
An den Anschlüssen 103, 105 der Stromquellenanordnung 105 ist ein
Wechselrichter 112 angeschlossen, der den Gleichstrom der
Stromquellenanordnung 100 in einen dreiphasigen Wechselstrom für eine elektrische Maschine 114 wandelt. Die Arbeitsweise eines Wechselrichters 112 und einer elektrischen Maschine 114 zum Antrieb eines Fahrzeuges sind dem
Fachmann bekannt und müssen hierin im Sinne der Prägnanz nicht weiter erläutert werden.
Die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 106 lediglich auf eine Leistung ausgelegt werden muss, die mindestens dem Produkt des Stroms 12 = 14 durch die zweite Stromquelle 104 multipliziert mit der Differenz aus der Spannung U1 der ersten Stromquelle 102 und der Spannung U2 der zweiten Stromquelle 104 entspricht. Der
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 10 des Standes der Technik gemäß Figur 5 muss für eine höhere Leistung ausgelegt werden, die mindestens dem Produkt der Spannung U2 der zweiten Stromquelle 2 und dem Strom 12 durch die zweite Stromquelle entspricht.
Es wird auf Figur 2 Bezug genommen, die einen zweiten Betriebsfall bzw. eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromquellenanordnung 100 zeigt. Der strukturelle Aufbau der Stromquellenanordnung 100 von Figur 2 entspricht demjenigen von Figur 1, so dass dieser im Sinne der Pragnanz nicht erneut beschrieben wird.
Bei der in Figur 2 gezeigten Ausfuhrungsform ist der erste Schalter 116 geöffnet und der zweite Schalter 118 geschlossen. Der erste Ladeschalter 124 und der zweite Ladeschalter 126 sind offen. An dem ersten Anschlusspaar 108 des
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 liegt die Spannung U3 = U1 an, die der Spannung IM der ersten Stromquelle 102 entspricht. Der Gleichstrom/Gleichstrom- Wandler 106 wandelt die Spannung U3 in die Spannung U4 um, wobei die
Spannung U4 geregelt wird. Folglich liegt an den Anschlüssen 103, 105 der Stromquellenanordnung die Spannung UZK = U2 +U4, also die Summe der Spannung U2 der zweiten Stromquelle 104 und der Spannung U4 über das zweite Anschlusspaar 110 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 als
Zwischenkreisspannung an.
Der Vorteil des Betriebsfalls bzw. der Ausführungsform gemäß Figur 2 ist dass dem Wechselrichter 112 eine Spannung bereitgestellt werden kann, die hoher als die Spannung U1 der ersten Stromquelle 102 ist. Dadurch kann je nach Betriebspunkt der elektrischen Maschine 104 der Gesamtwirkungsgrad optimiert werden. Dieser Betriebsfall kann beispielsweise bei einer hohen Drehzahl der elektrischen
Maschine 114 geeignet sein.
Es wird auf Figur 3 Bezug genommen, die einen dritten Betriebsfall zeigt bei dem die erste Stromquelle 102 und die zweite Stromquelle 104 der
Stromquellenanordnung 100 geladen werden. Der strukturelle Aufbau der in Figur 3 gezeigten Stromquellenanordnung 100 entspricht dem Aufbau der in Figuren 1 und 2 gezeigten Stromquellenanordnungen, so dass der strukturelle Aufbau der
Stromquellenanordnung im Sinne der Prägnanz nicht wiederholt wird.
Bei dem in Figur 3 gezeigten Betriebsfall sind der erste Schalter 116 und der zweite Schalter 118 geöffnet und der erste Ladeschalter 124 und der zweite Ladeschalter 126 geschlossen. Über Ladeanschlüsse 120, 122 fließt ein Strom 14 durch das zweite Anschlusspaar 110 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 und durch die zweite Stromquelle 104. Der Strom 14 durch das zweite Anschlusspaar 110 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 ist gleich dem Strom 12 durch die zweite Stromquelle 104. Über die zweite Stromquelle 104 fällt die Spannung U2 ab. Über das zweite Anschlusspaar 110 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 fällt die Spannung U4 ab. Die Summe der über die zweite Stromquelle 104 abfallenden Spannung U2 und der über das zweite Anschlusspaar 110 des
Leistung/Gleichstrom-Wandlers 106 abfallenden Spannung U4 entspricht der Ladespannung, wie sie beispielsweise von einer Ladevorrichtung abgegeben werden kann.
Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 106 wird derart gesteuert, dass die
Spannung U4 über das zweite Anschlusspaar 110 des Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlers 106 in eine Spannung U3 über das erste Anschlusspaar 108 des
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 gewandelt wird, wobei der Strom durch das erste Anschlusspaar geregelt wird und wobei der Strom durch das erste
Anschlusspaar so geregelt wird, dass die maximale Ladespannung nicht überschritten wird. Die Spannung U3 über das erste Anschlusspaar 108 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers kann höher als die Spannung U4 über das zweite Anschlusspaar 110 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers sein. Die Spannung U3 am ersten Anschlusspaar 108 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 106 entspricht der Spannung U1 an der ersten Stromquelle 102.
Die Ladeleistung einer Stromquellenanordnung steigt linear mit der Spannung der Stromquellenanordnung, da in der Regel Ladevorrichtungen für elektrisch angetriebene Fahrzeuge so betrieben werden, dass der maximale Ladestrom begrenzt ist. Folglich ist der maximale Strom der Ladevorrichtung der begrenzende Parameter. Da der erste Schalter 116 und der zweite Schalter 118 geöffnet sind, kann die Spannung an den Ladeanschlüssen 120, 122 höher als die zulässige Spannung am Wechselrichter 112 sein. Femer kann die erste Stromquelle 102 mit einer vergleichsweise hohen Spannung geladen werden, wodurch die Ladeleistung erhöht wird und die zum Laden erforderliche Zeit reduziert wird. Die Ladespannung der Stromquellenanordnung 100 wird vorzugsweise so geregelt dass die maximale Ladespannung der Ladesäule erreicht wird.
Bei den in Figur 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen kann die erste Stromquelle 102 eine Serienschaltung aus Akkumulatorzellen, beispielsweise Lithium-Ionen- Zellen, aufweisen, die für eine hohe Kapazität (Hochenergie-Zellen) optimiert sind. Die zweite Stromquelle 104 kann eine Mehrzahl Akkumulatorzellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, die für eine hohe Stromabgabe optimiert sind
(Hochleistungszellen), oder einen Superkondensator aufweisen. Es wird auf Figur 4 Bezug genommen, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die Ausführungsform von Figur 4 entspricht im strukturellen Aufbau den Ausführungsformen von Figuren 1 bis 3, außer dass die zweite Stromquelle 204 eine Brennstoffzelle ist. Die erste Stromquelle 202 kann ein für eine hohe
Leistungsabgabe optimierter Stromspeicher sein, beispielsweise ein
Superkondensator und/oder eine Serienschaltung von Akkumulatorzellen, die für eine hohe Leistungsabgabe optimiert sind. Diese Ausführungsform kann mittels der Steuerungseinrichtung 150 so betrieben werden, wie zuvor unter Bezug auf Figuren 1 bis 3 beschrieben wurde.
Die Erfindung hat einerseits den Vorteil, dass ein Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler für eine niedrigere Leistung ausgelegt sein kann. Femer hat die Erfindung den Vorteil, dass eine Mehrzahl Stromquellen parallel oder in Serie betrieben werden kann, um den abgegebenen Strom und/oder die angelegte Spannung besser an den Betriebspunkt eines Wechselrichters mit einer elektrischen Maschine anzupassen. Ferner kann das Laden an einer strombegrenzten Ladevorrichtung beschleunigt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Stromquellenanordnung (100; 200), aufweisend:
- eine erste Stromquelle (102) mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss;
- eine zweite Stromquelle (204) mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss; und
- einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler ( 106), mit einem ersten
Anschlusspaar (108) und einem zweiten Anschlusspaar (110), wobei der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (106) dazu ausgebildet ist, eine an das erste Anschlusspaar (108) angelegte erste Gleichspannung in eine am zweiten Anschlusspaar (110) abgegebene Gleichspannung zu wandeln und/oder eine an das zweite Anschlusspaar (110) angelegte erste Gleichspannung in eine am ersten Anschlusspaar (108) abgegebene Gleichspannung zu wandeln;
wobei das erste Anschlusspaar (108) des Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlers (106) der ersten Stromquelle (102) parallel geschaltet ist, wobei das zweite Anschlusspaar (110) des Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlers (106) der zweiten Stromquelle (104) in Serie geschaltet ist und wobei das zweite Anschlusspaar (110) des Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlers (106) und die zweite Stromquelle (104) der ersten Stromquelle (102) parallel geschaltet sind.
2. Stromquellenanordnung (100; 200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Anschluss des ersten Anschlusspaars (108) des
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106) und ein erster Anschluss des zweiten Anschlusspaars (110) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106) das gleiche Potential aufweisen.
3. Stromquellenanordnung (100; 200) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass
- der erste Anschluss der ersten Stromquelle (102) mit dem ersten Anschluss des ersten Anschlusspaars (108) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106) und mit dem ersten Anschluss des zweiten Anschlusspaars (108) des
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106) gekoppelt ist; - der zweite Anschluss der ersten Stromquelle (102) mit dem zweite Anschluss der zweiten Stromquelle (104) und mit dem zweiten Anschluss des ersten
Anschlusspaars (106) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106) gekoppelt ist; und
- der zweite Anschluss der zweiten Stromquelle (104) mit dem zweiten Anschluss des zweiten Anschlusspaars (110) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106) gekoppelt ist.
4. Stromquellenanordnung (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquellenanordnung einen ersten Anschluss (103) und einen zweiten Anschluss (105) aufweist, wobei
- der erste Anschluss der ersten Stromquelle (102) mit dem ersten Anschluss der Stromquellenanordnung gekoppelt ist;
- der zweite Anschluss der ersten Stromquelle (102) über einen ersten Schalter (116) mit dem zweiten Anschluss der Stromquellenanordnung gekoppelt ist; und
- der zweite Anschluss der zweiten Stromquelle (104) über einen zweiten Schalter (118) mit dem zweiten Anschluss der Stromquellenanordnung gekoppelt ist.
5. Stromquellenanordnung (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen ersten Ladeanschluss (120), der mit dem ersten Anschluss des zweiten Anschlusspaars (110) des Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlers (106) gekoppelt ist, und einen zweiten Ladeanschluss (122), der mit dem zweiten Anschluss der zweiten Stromquelle (104) gekoppelt ist.
6. Stromquellenanordnung (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromquelle (102) und/oder die zweite Stromquelle (104) zumindest eines von Folgendem aufweisen:
- einen für eine hohe Kapazität optimierten Akkumulator
- einen für eine hohe Stromabgabe optimierten Akkumulator;
- einen Kondensator;
- einen Superkondensaton
- eine Serienschaltung von Akkumulatorzellen (102; 104);
- eine Serienschaltung von für eine hohe Kapazität optimierten Akkumulatorzellen (102);
- eine Serienschaltung von für eine hohe Stromabgabe optimierten
Akkumulatorzellen (104; 202);
- eine Brennstoffzelle (204).
7. Stromquellenanordnung (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung (150), die dazu ausgebildet ist, zumindest eines von Folgendem durchzuführen:
- bei einem ersten Betriebsfall den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (106), den ersten Schalter (116) und den zweiten Schalter (118) so anzusteuern, dass der erste Schalter (116) und der zweite Schalter (118) geschlossen sind und dass ein Stromfluss durch die erste Stromquelle (102) und durch einen an den Anschlüssen (103, 105) der Stromquellenanordnung angeschlossenen Verbraucher (112) entsteht, dass ein Stromfluss durch die ersten Stromquelle (102) und durch das erste Anschlusspaar (108) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106) entsteht und dass ein Stromfluss durch die zweite Stromquelle (104) und durch das zweite Anschlusspaar (110) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106) und durch den an die Anschlüsse (103, 105) der Stromquellenanordnung angeschlossenen Verbraucher (112) entsteht; und/oder
- bei einem zweiten Betriebsfall den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (106), den ersten Schalter (116) und den zweiten Schalter (118) so anzusteuern, dass der erste Schalter (116) offen ist und der zweite Schalter (118) geschlossen ist und dass ein Stromfluss durch die ersten Stromquelle (102) und durch das erste
Anschlusspaar (108) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106) entsteht und dass ein Stromfluss durch die zweiten Stromquelle (104) und durch das zweite Anschlusspaar (110) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106) und durch den an die Anschlüsse (103, 105) der Stromquellenanordnung angeschlossenen Verbraucher (112) entsteht; und/oder
- bei einem dritten Betriebsfall den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (116), den ersten Schalter (116) und den zweiten Schalter (118) so anzusteuern, dass der erste Schalter (116) offen ist und der zweite Schalter (118) offen ist und dass ein Stromfluss durch die Ladeanschlüsse (120, 122) und durch die zweite Stromquelle (104) und durch das zweite Anschlusspaar (110) des Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlers (106) entsteht und dass ein Stromfluss durch das erste Anschlusspaar (108) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106) und durch die erste Stromquelle (102) entsteht.
8. Elektrischer Antrieb, mit
- einer elektrischen Maschine (114), die an ersten Anschlüssen eines
Wechselrichters (112) angeschlossen ist; und - der Stromquellenanordnung (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die an zweiten Anschlüssen des Wechselrichters (102) angeschlossen ist
9. Verfahren zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers (112), aufweisend die folgenden drei Schritte bei einem ersten Betriebsfall:
- Bewirken eines Stromflusses durch eine erste Stromquelle (102) und durch den Verbraucher (112);
- Bewirken eines Stromflusses durch die erste Stromquelle (102) und durch ein erstes Anschlusspaar (108) eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106); und
- Bewirken eines Stromflusses durch eine zweite Stromquelle (102) und durch ein zweites Anschlusspaar (110) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106) und durch den Verbraucher (112); und
femer aufweisend die folgenden zwei Schritte bei einem zweiten Betriebsfall:
- Bewirken eines Stromflusses durch die ersten Stromquelle (102) und durch das erste Anschlusspaar (108) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106); und
- Bewirken eines Stromflusses durch die zweite Stromquelle (104) und durch das zweite Anschlusspaar (110) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106) und durch den Verbraucher (112).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem dritten Betriebsfall folgende Schritte aufweist
- Bewirken eines Stromflusses von eine Ladestromquelle durch Ladeanschlüsse (120) und durch die zweite Stromquelle (106) und durch das zweite Anschlusspaar (110) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106); und
- Bewirken eines Stromflusses durch das erste Anschlusspaar (108) des
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (106) und durch die erste Stromquelle (102).
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