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1、(10)申请公布号 CN 102612794 A (43)申请公布日 2012.07.25 C N 1 0 2 6 1 2 7 9 4 A *CN102612794A* (21)申请号 201080050720.9 (22)申请日 2010.09.21 102009046501.4 2009.11.06 DE H02J 7/00(2006.01) (71)申请人 SB锂摩托有限公司 地址韩国京畿道 申请人 SB锂摩托德国有限公司 (72)发明人 S布茨曼 (74)专利代理机构北京市金杜律师事务所 11256 代理人郑立柱 (54) 发明名称 具有DC/DC转换器的蓄电池系统 (57) 摘要 一。
2、种蓄电池系统，其具有多组串联连接的蓄 电池单池、多个DC/DC转换器和第一开关。串联连 接的蓄电池单池组自身又串联连接。所述DC/DC 转换器在输入端与配属于各个DC/DC转换器的所 述组蓄电池单池的第一极和第二极连接，而在输 出端则串联地连接在蓄电池系统的第一输出端与 蓄电池系统的第二输出端之间。所述第一开关连 接在第一组蓄电池单池的第一极与蓄电池系统的 第一输出端之间的第一电流通路上，且具有与控 制器连接的用于第一控制信号的控制输入端。第 一开关被构造为使得第一组蓄电池单池的第一极 与蓄电池系统的第一输出端根据第一控制信号相 连接。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2。
3、012.04.30 (86)PCT申请的申请数据 PCT/EP2010/063836 2010.09.21 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/054583 DE 2011.05.12 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 1/1页 2 1.一种蓄电池系统，具有多组(11-1、11-2)串联连接的蓄电池单池、多个DC/DC转换器 (12-1、12-2)和第一开关(13)，其中所述多组(11-1、11-2)自身串联连接，所述多个DC/DC 转换器在输入端与。
4、配属于所述各个DC/DC转换器(12-1、12-2)的所述组(11-1、11-2)蓄电 池单池的第一极和第二极相连接，而在输出端则串联地连接在所述蓄电池系统的第一输出 端与所述蓄电池系统的第二输出端之间，所述第一开关连接在第一组(11-2)蓄电池单池 的第一极与所述蓄电池系统的第一输出端之间的第一电流通路上并且具有用于第一控制 信号的、与控制器连接的控制输入端，所述第一开关被构造为使得所述第一组(11-2)蓄电 池单池的所述第一极与所述蓄电池系统的所述第一输出端根据第一控制信号相连接。 2.如权利要求1所述的蓄电池系统，其特征在于，所述DC/DC转换器(12-1、12-2)的所 述输出端与DC。
5、/DC转换器(12-1、12-2)的所述输出端电隔离。 3.如权利要求2所述的蓄电池系统，其特征在于，所述DC/DC转换器(12-1、12-2)被构 造为反激式、半桥式、全桥式或基于变换器的谐振转换器。 4.如前述权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其特征在于，所述DC/DC转换器 (12-1、12-2)被构造为输出第一输出功率，且其中所述蓄电池单池被构造为输出大于所述 第一输出功率的第二输出功率，其中所述控制器被构造为，当所述蓄电池系统的要求的总 输出功率大于所述第一输出功率时，将所述第一控制信号输出到所述第一开关(13)的所 述控制输入端。 5.如前述权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其特征。
6、在于，所述DC/DC转换器 (12-1、12-2)被单向地构造。 6.如前述权利要求中任一项所述的蓄电池系统，具有第一二极管(14)，所述二极管连 接在与所述第一电流通路并联的第二电流通路上，且以所述蓄电池单池的充电电流的流通 方向连接。 7.如权利要求6所述的蓄电池系统，其特征在于，所述第一电流通路具有与第一开关 (13)串联连接的第二二极管(15)，并且所述第二电流通路具有与所述第一二极管(14)串 联连接的第二开关(16)，其中所述第二二极管(15)以所述蓄电池单池的放电电流的流通 方向连接。 8.如权利要求1至5中任一项所述的蓄电池系统，其特征在于，所述在输出端串联连接 的DC/DC转。
7、换器(12-1、12-2)的总输出电压能够被调节为大于所述串联连接的蓄电池单池 的蓄电池电压，并且其中所述控制器被构造为，单独地预先设定每个DC/DC转换器(12-1、 12-2)的输出功率。 9.一种机动车，其具有用于驱动所述机动车的电的驱动电机和根据前述权利要求中任 一项所述的与所述电的驱动电机连接的蓄电池系统。 权 利 要 求 书CN 102612794 A 1/4页 3 具有 DC/DC 转换器的蓄电池系统 技术领域 0001 本发明涉及一种蓄电池系统，具体地涉及一种具有DC/DC转换器的蓄电池系统。 背景技术 0002 对用于诸如风能设备和紧急供电系统的固定的应用中或者用于车辆中的蓄。
8、电池 系统的需求日益增大。所有这些要求都对可靠性和故障安全性提出了很高的要求。其原因 在于，因蓄电池系统引起的供电彻底失灵能够导致整个系统失灵。因而在风能设备中使用 蓄电池，以便在风大时使得风轮叶片做出调整并由此保护设备免遭过大的机械负荷，这种 机械负荷能够损害或者甚至损毁风能设备。在电动车的电池失灵的情况下，该电动车就会 变得不可驾驶。紧急供电系统恰恰也应当能够确保例如医院的不间断运转，并且因而需要 自身尽可能不失灵。 0003 为了能够提供各个应用所需要的功率和能量，将各个蓄电池单池串联地以及部分 地并联地连接。在针对实际应用的蓄电池中串联地连接有多个蓄电池单池，以便通过各个 单池的电压的。
9、相加来达到例如在带有电的驱动电机的机动车中对于驱动电机所需要的高 的工作电压。因为基于蓄电池单池的串联连接蓄电池的总的输出电流在每个蓄电池单池 中流动，其中由于在蓄电池单池内部的电化学过程而发生电荷迁移，在极端情况下单个蓄 电池单池失效就意味着整个装置都无法再提供电流，进而由此无法再提供电能。这还意味 着无法实现能够使得各个蓄电池单池与其各自的状态(充电状态、温度、老化)相适应地 工作。各个蓄电池单池纯粹地串联连接的另一缺点是，蓄电池的输出电压要取决于蓄电池 单池的充电状态，因而会发生变化。但如果蓄电池能提供尽可能恒定的输出电压，将非常 有利，因为后续的功率电子的系统组件例如逆变器或驱动电机的。
10、设计成本于是就会显著低 廉，输送电压的效率也会有所提高。 发明内容 0004 本发明的目的在于，提出一种能够克服现有技术的上述缺点的装置。因而，本发明 提出了一种蓄电池系统，其具有多组串联连接的蓄电池单池、多个DC/DC转换器和第一开 关。多组串联连接的蓄电池单池自身也串联连接。DC/DC转换器在输入端与配属于各个DC/ DC转换器的那组蓄电池单池的第一极和第二极连接，而在输出端则串联地连接在蓄电池系 统的第一输出端与蓄电池系统的第二输出端之间。第一开关连接在第一组蓄电池单池的第 一极与蓄电池系统的第一输出端之间的第一电流通路上，且具有与控制器连接的用于第一 控制信号的控制输入端。第一开关被构。
11、造为使得第一组蓄电池单池的第一极与蓄电池系统 的第一输出端根据第一控制信号相连接。 0005 在此，一组能够有一个或多个蓄电池单池。 0006 本发明集一系列优点于一身。通过使用DC/DC转换器能实现使得每组蓄电池单池 相对其他组独立地工作。尽管各组蓄电池单池自身也串联连接，但不再有同一电流流过每 个蓄电池单池(或蓄电池单池组)，因为该电流经由DC/DC转换器输出。在这里，每组蓄电 说 明 书CN 102612794 A 2/4页 4 池单池例如根据各自的充电状态独立于其他组被加载。而如果在蓄电池系统的第一和第二 输出端上都施加充电电压，则所有的蓄电池单池由于串联连接而能够同时被充电。另一优 。
12、点是，DC/DC转换器应当被设计为只用于在通常的应用情况下所需要的输出功率。如果需 要较大的输出功率，则能够把串联连接的蓄电池单池直接与蓄电池系统的输出端连接，并 提供蓄电池单池的最大输出功率。此外相比于可对照的方案，能够实现把在输出端串联连 接的DC/DC转换器的输出电压选择得等于或者低于串联连接的蓄电池单池的总电压，这允 许实施具有特别高的效率的DC/DC转换器。但在本发明的一些优选实施方式中，有意地把 DC/DC转换器的输出电压选择得较高，从而能够可选择地实现该优点。 0007 优选地，DC/DC转换器的输出端与DC/DC转换器的输出端电隔离。这样就能把整 个装置的在输出端的高电压与一组。
13、蓄电池单池的各个蓄电池单池的明显较低的电压隔离， 并简化了模块化的结构，其具有各个可取出的蓄电池模块。在此，DC/DC转换器能够是反激 式、半桥式、全桥式或基于变换器的谐振转换器。 0008 根据本发明的一种优选设计方案，DC/DC转换器被构造为输出第一输出功率，且蓄 电池单池被构造为输出大于第一输出功率的第二输出功率。控制器在此被构造为，如果所 要求的蓄电池系统总输出功率大于第一输出功率，则使得第一控制信号被输出到第一开关 的控制输入端。如上所述，串联连接的蓄电池单池能够提供大于串联连接的DC/DC转换器 的输出功率。 0009 如果需要比DC/DC转换器最大能够提供的输出功率大的输出功率，。
14、控制器就通过 第一开关直接在蓄电池系统的输出端之间接通各个蓄电池单池，由此提供了所需要的更大 的功率。 0010 DC/DC转换器优选为被单向地构造。本发明的一个优点是，能够通过第一开关对这 些蓄电池单池进行充电。因此在本发明的成本特别低廉且容易的设计中，能够实现省去能 够在其连接端之间沿着两个方向传递电能的双向的DC/DC转换器，因为DC/DC转换器不需 要用于给蓄电池单池充电。单向的DC/DC转换器，即能把电能仅由蓄电池单池传递至DC/ DC转换器的输出端的这种DC/DC转换器，其能够被更容易和成本更低廉地生产，并具有蓄 电池系统的相应的优点。 0011 依据本发明的蓄电池系统的一种实施方。
15、式能够具有第一二极管，该二极管 连接在与第一电流通路并联的第二电流通路上，且以蓄电池单池的充电电流的流通 方向连接。这样即使在第一开关打开的情况下也能够给蓄电池单池充电，这简化了 蓄电池系统的控制。在此，第一二极管能够是第一开关的衬底二极管或“体”二极管 (Substrat-oder“Body”-Diode)。 0012 在此，就蓄电池系统而言，第一电流通路能够具有与第一开关串联连接的第二二 极管，第二电流通路能够具有与第一二极管串联连接的第二开关，其中第二二极管以蓄电 池单池的放电电流的流通方向连接。在这种布置方式中能够简单地实现使得电流根据其方 向来接通。对此在现有技术中已知有多种开关布置。
16、方式。因而例如能够把第二二极管也构 造成(第二开关的)衬底二极管(Substratdiode)，其中第一开关和第二开关串联连接，且 各个衬底二极管朝向不同的方向。随后，一定方向或符号的电流分别能够独立于开关的开 关状态，通过该开关的衬底二极管“绕过”该开关，同时只能流过另一个开关，如果该开关实 际上也被接通。替代地，例如能够把第一开关和第一二极管设置在与第二开关和第二二极 说 明 书CN 102612794 A 3/4页 5 管并联的电流通路上。 0013 在本发明的一种优选的实施方式中，在输出端串联连接的DC/DC转换器的总输出 电压能够被调节为大于串联连接的蓄电池单池的蓄电池电压。在此，控。
17、制器被构造为使得 每个DC/DC转换器的输出功率都能被单独地预先设定。如所述，单独地预先设定DC/DC转 换器的各个的输出功率提供了如下优点：使得连接至各个DC/DC转换器的该组蓄电池单池 能够根据其各自的充电状态、老化状态等被加载。此外，如果能把串联连接的DC/DC转换器 的输出电压调节为大于全部的蓄电池单池的电压，则能够实现使得来自蓄电池单池的电流 通过第一开关又回馈到这些蓄电池单池中。由于所有蓄电池单池的充电电流都相同，而每 组蓄电池单池却会被不同地加载，故能够实现进行所谓的电池平衡。“电池平衡”被理解为 各个蓄电池单池的充电状态的平衡，以便避免一系列能够导致蓄电池系统损毁的问题。在 此。
18、，本发明提供了如下优点：相比于其他蓄电池单池，具有较高的充电状态的各个蓄电池单 池不仅能放电，而且能把取用的能量几乎无损失地又输送给其他蓄电池单池。在电池平衡 中，配属于具有较高充电状态的那组蓄电池单池的DC/DC转换器因而从该组蓄电池单池取 用比其他DC/DC转换器更多的电能，并在输出端提供所述电能。在输出端由全部DC/DC转 换器提供的电能作为充电电流又流回到全部蓄电池单池中，然而其中总的来看，通过取用 和充电，能量从具有较高充电状态的那组蓄电池单池传递至其他蓄电池单池。 0014 本发明的第二方面涉及一种机动车，其具有用于驱动机动车的电的驱动电机和根 据本发明的第一方面的与该电的驱动电机。
19、连接的蓄电池系统。 附图说明 0015 下面借助实施例附图详细地阐述本发明。在此，相同的附图标记表示相同的或同 类的组件。附图示出： 0016 图1示出了本发明的第一实施例； 0017 图2示出了本发明的第二实施例； 0018 图3示出了本发明的第三实施例；以及 0019 图4示出了本发明的第四实施例。 具体实施方式 0020 图1示出了本发明的第一实施例。蓄电池系统具有多个串联连接的蓄电池单池， 这些蓄电池单池在所示范例中分成两组11-1和11-2。每一组11-1、11-2都能够具有一个 或多个串联连接的蓄电池单池。但针对所有实施例来说，组的数量也能够任意选择，而并非 限于两组。蓄电池单池组。
20、11-1和11-2分别与配属的DC/DC转换器12-1、12-2连接，而这 些DC/DC转换器自身又在输出端串联连接，从而产生作为各个DC/DC转换器12-1、12-2的 输出电压总和的蓄电池系统的总电压。在蓄电池单池的一极与蓄电池系统的输出端之间连 接有第一开关13，其用于在充电的情况下或者需要特别高的输出功率情况下使得蓄电池单 池直接与蓄电池系统的输出端连接。在所示范例中，第一开关13连接在蓄电池单池的正极 与蓄电池系统的正输出端之间，但也完全能够把第一开关13连接在蓄电池单池的负极与 蓄电池系统的负输出端之间。当然，也能够在蓄电池系统的两个极上设置两个第一开关13。 0021 图2示出本。
21、发明的第二实施例。第二实施例基本上对应于第一实施例。第一开关 说 明 书CN 102612794 A 4/4页 6 13在此被构造为MOS晶体管。在并联的第二电流通路上连接有第一二极管14，该二极管能 够使蓄电池单池的充电电流独立于第一开关13的开关状态流过，只要蓄电池系统的输出 电压大于各个串联连接的蓄电池单池的总电压。如所述，这能够在电池平衡过程中或者在 发电机运行中例如在装配有这种蓄电池系统的机动车制动时发生。 0022 图3示出本发明的第三实施例，其也基本上对应于所示出的其他实施例。在图3 的实施例中，两个电流通路中的每一个都具有反向连接的二极管14、15和开关13、16。二极 管14。
22、、15在各个的电流通路上仅允许电流在二极管14、15的导通方向上流动，该电流根据 配属于二极管14、15的开关13、16的开关状态来流动或截止。 0023 图4示出本发明的第四实施例，其是第三实施例的一种替代的实施方式。在此，两 个开关13、16串联连接，其中为每个开关13、16都并联地连接有二极管14或15。二极管 14、15能够被构造为开关13、16的体二极管(Body-Dioden)，且同样取向相反。按照这种布 置方式，每个开关13、16都能够接通一定符号的电流，从而能够对蓄电池系统的充电电流 和放电电流进行独立控制。 说 明 书CN 102612794 A 1/4页 7 图1 说 明 书 附 图CN 102612794 A 2/4页 8 图2 说 明 书 附 图CN 102612794 A 3/4页 9 图3 说 明 书 附 图CN 102612794 A 4/4页 10 图4 说 明 书 附 图CN 102612794 A 10 。