改进的带有多个电源的电源装置的制作方法

本发明涉及一种改进的带有多个电源的电源装置。其中一个电源可以针对高容量而优化。其中另一个电源可以针对高功率输出而优化。本发明尤其是涉及一种改进的、用于电驱动车辆的电源装置。

背景技术：

为了在车辆中的电化学蓄能器方面进行功率调节，容量优化的蓄电池单体和功率优化的蓄电池单体或双层电容器混合地装入到蓄电池装置中，这在现有技术中也被称为双储能器。通常，容量优化单体的一条或多条线路与具有功率优化单体的一条或多条线路并联。这些线路通常借助于与所述线路并联的DC/DC转换器耦联。DC/DC转换器平衡各线路之间的不同电压。

DE 20 2009017862 U1和DE 20 2008 017 499 U1描述了电池的并联电路。DE 10 2013 209 069A1公开了一种带有高能量单体和高功率单体的电池构件。现有技术的缺点在于，DC/DC转换器必须针对耦联的蓄电池单体线路的最大峰值功率而被设计。这类DC/DC转换器花费很高，需要相对较大的结构空间，导致较高的成本并导致较高的功率损耗。

DE 102015 202 975.1(在此通过引用接纳其全部内容)描述了一种蓄电池装置，该蓄电池装置具有DC/DC转换器连同并联的各第一蓄电池单体，其中DC/DC转换器与各第二蓄电池单体串联。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种改进的具有多个电源的电源装置。

本发明的目的通过根据权利要求1的电源装置、根据权利要求8的电驱动装置以及根据权利要求9的方法来实现。

根据本发明的电源装置包括：带有第一端子和第二端子的第一电源、带有第一端子和第二端子的第二电源和DC/DC转换器。DC/DC转换器具有第一端子对和第二端子对。所述DC/DC转换器构造用于将施加到所述第一端子对上的第一直流电压转换成在所述第二端子对上输出的直流电压。所述DC/DC转换器可以构造用于将施加到所述第二端子对上的第一直流电压转换成在所述第一端子对上输出的直流电压。所述DC/DC转换器的第一端子对与所述第一电源并联，并且所述DC/DC转换器的所述第二端子对与所述第二电源串联。所述DC/DC转换器的所述第二端子对和所述第二电源并联于所述第一电源。

在根据本发明的电源装置中，DC/DC转换器不必转换由电源输出的所有功率。因此，DC/DC转换器可以设计得明显更简单，由此可以减小空间、重量、花费和功率损失。此外，根据本发明的电源装置的效率增加。第一电源可设置为具有比第二电源更高的输出电压。在根据本发明的电源装置中，可如此运行DC/DC转换器，使得两个电源并联地向耗能器输送电流。当电驱动装置产生高转矩时，这种运行情况是值得向往的。根据本发明的电源装置可以在另一种运行情况下如此运行，使得第一电源的电压和第二电源的电压经由DC/DC转换器串联。当电驱动装置高转速运行时，这种运行类型例如可以是合乎期望的。

所述DC/DC转换器的所述第一端子对的第一端子和所述DC/DC转换器的所述第二端子对的第一端子可以具有相同的电位。由此，DC/DC转换器的第一端子对上的电压、DC/DC转换器的第二端子对上的电压和第一电源的第一端子上的电压被置于相同的参考电位上。

所述第一电源的第一端子可以与所述DC/DC转换器的所述第一端子对的第一端子以及与所述DC/DC转换器的第二端子对的第一端子耦联。所述第一电源的第二端子可以与所述第二电源的第二端子以及与所述DC/DC转换器的所述第一端子对的第二端子耦联。

电源装置可以具有第一端子和第二端子。耗能器、例如为电机供电的逆变器可以联接到电源装置的第一端子和第二端子上。第一电源的第一端子可以与电源装置的第一端子耦联。第一电源的第二端子可以经由第一开关与电源装置的第二端子耦联。第二电源的第二端子可以经由第二开关与电源装置的第二端子耦联。第一开关和第二开关可以是所谓的接触器。

可根据期望的运行状态如此切换第一开关和第二开关，使得电流在由两个电源和DC/DC转换器组成的装置中以期望的方式流动。此外，在电源装置充电时，可以如此切换第一开关和第二开关，使得按规定地给电源充电。

根据本发明的电源装置可以具有与DC/DC转换器的第二端子对的第一端子耦联的第一充电端子，并且具有与第二电源的第二端子耦联的第二充电端子。由此，第一电源的充电电流可以借助DC/DC转换器来调整。

第一电源和/或第二电源可以包括针对高容量而优化的蓄电池、针对高电流输出而优化的蓄电池、电容器、超级电容器、蓄电池单体的串联电路、针对高容量而优化的蓄电池单体的串联电路、针对高电流输出而优化的蓄电池单体的串联电路和/或燃料电池。在一种实施方式中，第一电源可以是针对高容量而优化的蓄电池单体的串联电路和/或针对高容量而优化的蓄电池。第二电源可以是针对高电流输出而优化的蓄电池单体的串联电路和/或针对高电流输出而优化的蓄电池。

电源装置可以具有控制装置。控制装置可以构造用于，如此操控所述DC/DC转换器、所述第一开关和所述第二开关，使得所述第一开关和所述第二开关闭合。控制装置可以如此操控所述DC/DC转换器，使得产生流过所述第一电源并流过联接到所述电源装置的所述端子上的耗能器的电流。此外如此操控所述DC/DC转换器，使得产生流过所述第一电源并流过所述DC/DC转换器的所述第一端子对的电流。在第一种运行情况下，如此操控所述DC/DC转换器，使得产生流过所述第二电源并流过所述DC/DC转换器的所述第二端子对以及流过联接到所述电源装置的所述端子对上的耗能器的电流。在第一种运行情况下，DC/DC转换器可借助电流调节来运行，其中，DC/DC转换器的所述第二端子对上的电流来调节两个电源之间的负载分布。

第一电源和第二电源的电压之间的差可以存在于DC/DC转换器的第二端子对上。在此运行情况下，在耗能器上可以存在第一电源的电压，所述电压等于所述第二电源的电压和在DC/DC转换器的第二端子对上的电压之和。这种运行情况例如可用于加速电驱动的车辆，这是因为在这种运行情况下，电机必须产生高转矩，为此逆变器需要较高的中间电路电流。

在第二运行情况下，控制装置可以如此操控所述第一开关和所述第二开关，使得所述第一开关打开且所述第二开关闭合。在该运行情况下，如此操控所述DC/DC转换器，使得产生流过所述第一电源并流过所述DC/DC转换器的所述第一端子对的电流。此外，如此操控所述DC/DC转换器，使得产生流过所述第二电源并流过所述DC/DC转换器的所述第二端子对以及流过联接到所述电源装置的所述端子上的耗能器的电流。可以调节DC/DC转换器的第二端子对上的电压。由此可以在电源装置的端子上产生高于第一电源的电压。

在该实施方式中，第二电源的电压与在DC/DC转换器的第二端子对上的电压之和存在于电源装置的端子上。因而，根据本发明的电源装置可以产生较高的中间电路电压，由此使逆变器的效能可以根据电驱动装置的工作点而增加。当电机高转速运转时，该运行情况可以是适合的。

在第三种运行情况下，控制装置如此操控所述第一开关和所述第二开关，使得所述第一开关打开且所述第二开关打开。所述控制装置如此操控所述DC/DC转换器，使得产生流过所述充电端子并流过所述第二电源以及流过所述DC/DC转换器的所述第二端子对的电流。因此产生流过所述DC/DC转换器的所述第一端子对并流过所述第一电源的电流。在这种运行情况下，第一电源和第二电源可以被充电。在这种运行情况下，控制或调节流过DC/DC转换器的第一端子对的电流。此外，由此装置的充电端子上的电压增加，所述电压比第二电源的电压高。由于充电功率线性关联于充电电压，并且由于通常在充电站中的充电电流受限制，所以电源装置的充电功率增加。

本发明还涉及一种电驱动装置，所述电驱动装置带有联接到逆变器的第一端子上的电机。电驱动装置也包括联接到所述逆变器的第二端子上的上述电源装置。逆变器由电源装置的直流电压产生交流电信号、例如三相交流电信号，所述交流电信号被施加到电机上。

本发明还涉及一种具有上述电驱动装置的电驱动车辆。电驱动车辆可以具有混合动力驱动装置、插入式混合动力驱动装置或全电的驱动装置。

本发明还涉及一种为电气的耗能器供电的方法。在第一种运行情况下，所述方法具有使电流流过第一电源并流过耗能器的步骤、使电流流过第一电源并流过DC/DC转换器的第一端子对的步骤和使电流流过第二电源并流过所述DC/DC转换器的第二端子对并流过耗能器的步骤。该运行情况相当于在文中结合根据本发明的电源装置所描述的第一运行情况。为了简洁而不再重复其描述。

在第二运行情况下，所述方法包括使电流流过所述第一电源并流过所述DC/DC转换器的所述第一端子对的步骤和使电流流过所述第二电源并流过所述DC/DC转换器的所述第二端子对以及流过耗能器的步骤。该运行情况相当于在文中结合根据本发明的电源装置所描述的第二运行情况。为了简洁而不再重复其描述。

在第三运行情况下，所述方法可以具有使充电电源的电流流过充电端子并流过所述第二电源以及流过所述DC/DC转换器的所述第二端子对的步骤和使电流流过所述DC/DC转换器的所述第一端子对并流过所述第一电源的步骤。该运行情况用于为第一电源和第二电源充电。

该方法可以如上关于电源装置所描述的那样进行进一步改进。

本发明还涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品当其装载到具有处理器的计算机的储能器中时执行上述的步骤。

附图说明

以下参照示出本发明的非限制性实施方式的附图对本发明进行阐述，其中

图1示出了在第一种运行情况下根据本发明的电源装置的工作方式；

图2示出了在第二种运行情况下根据本发明的电源装置的工作方式；

图3示出了在第三种运行情况下根据本发明的电源装置的工作方式；

图4示出了具有燃料电池的实施方式；并且

图5示出了现有技术的电源装置。

具体实施方式

图5示出了现有技术的具有输出端子14的蓄电池装置1，逆变器12联接在所述输出端子14上，电机18联接到所述逆变器的交流电端子16上。现有技术的蓄电池装置1包括设计用于高电流输出的第一电荷存储单元4、例如电容器的第一串联电路2。第一电荷存储单元4的第一串联电路2联接到DC/DC转换器10上，所述DC/DC转换器联接到第二电荷存储单元8的第二串联电路6上，所述第二电荷存储单元针对高容量而优化。第二电荷存储单元8例如可以是锂离子电池。第二电荷存储单元8的第二串联电路6形成中间电路电压并且联接到逆变器12的直流侧的输入端14上。

DC/DC转换器10必须如此设计，使得该DC/DC转换器可转换可由第一电荷存储单元的第一串联电路2输出的总功率(P＝U1·I1)，由此该DC/DC转换器需耗费地生产并且具有较高的空间需求。

参考图1，图1示出了根据本发明的电源装置100，所述电源装置在第一种运行情况下运行。根据本发明的电源装置100包括第一电源102，所述第一电源的第一端子与电源装置的第一端子103并与DC/DC转换器106的第一端子对108的第一端子耦联。第一电源102的第二端子经由第一开关116与电源装置100的第二端子105耦联。此外，第一电源102的第二端子与DC/DC转换器106的第一端子对108的第二端子耦联。第二电源104的第一端子联接到DC/DC转换器106的第二端子对110的第二端子上。DC/DC转换器106的第二端子对110的第一端子与电源装置100的第一端子103耦联。第二电源104的第二端子经由第二开关118与电源装置100的第二端子105耦联。第一开关116和第二开关118分别可以是所谓的接触器。

DC/DC转换器106的第二端子对110的第一端子经由第一充电开关124与第一充电端子120耦联。第二电源104的第二端子经由第二开关126与第二充电端子122耦联。控制装置150控制第一开关116、第二开关118、第一充电开关124、第二充电开关126和DC/DC转换器106的工作方式。

在图1所示的运行情况下，第一开关116和第二开关118闭合。第一充电开关124和第二充电开关126打开。

第一电源102具有电压U1，并且第二电源104具有电压U2。电流I1流过第一电源102，并且电流I2流过第二电源104。在DC/DC转换器106的第一端子对108上存在电压U3＝U1。在DC/DC转换器106的第二端子对110上存在电压U4，所述电压相当于第一电源102的电压U1与第二电源104的电压U2之间的差。

电流I3流过DC/DC转换器106的第一端子对108，并且电流I4流过DC/DC转换器的第二端子对110。

因此，DC/DC转换器必须针对P>U4·I4的功率而被设计。由于通常在DC/DC转换器106的第二端子对110上的电压U4明显低于第二电源104的电压U2，所以DC/DC转换器106可以被设计用于显著较低的功率。由此可以避免结构空间、重量、花费、损失等。

在一个示例中，第一电源的电压U1是360V，并且由第一电源102输出的电流I1是400A。第二电源104的电压U2是300V。由第二电源104输出的电流I2是200A。因此，落在DC/DC转换器106的第二端子对110上的电压是60V。在图5所示的现有技术的示例中，落在DC/DC转换器上的电压U2是300V。

因此，对于该工作点，现有技术的DC/DC转换器10(图5)需针对P>U2·I2的功率而被设计，这对于该示例相当于60kW的功率。

在图1所示的示例中，流过DC/DC转换器106的第一端子对108的电流I3是35A，并且电压U3是360V，这相当于P1＝12.6kW的功率。使用以下公式计算在第二端子对110上输出的功率：

P2＝η·P1；

如果第一DC/DC转换器具有大约95％的效能η，则可以在DC/DC转换器106的第二端子对110上输出大约P＝12kW的功率，这相当于大约60V的电压U4和约200A的电流I4。

电源装置100的端子103、105上输出的电流I5是通过第一电源102的电流I1和通过第二电源104输出的电流I2的总和减去电流I3。在前述示例中，电流I5大约是565A。

在电源装置100的端子103、105处联接有逆变器112，所述逆变器将电源装置100的直流电转换成用于电机114的三相交流电。逆变器112和用于驱动车辆的电机114的工作方式对于本领域技术人员是公知的并且在此为了简洁而不需要对其进行阐述。

本发明的在图1中所示的实施方式的优点在于，DC/DC转换器106只需针对如下功率而被设计，所述功率至少相当于通过第二电源104的电流I2＝14与第一电源102的电压U1和第二电源104的电压U2的差的乘积。根据图5的现有技术的DC/DC转换器10必须针对较高的功率而被设计，所述功率至少相当于第二电源2的电压U2和通过第二电源的电流I2的乘积。

参考图2，图2示出了根据本发明的电源装置100的第二种运行情况或第二种实施方式。图2的电源装置100的结构设计相当于图1的结构设计，从而为了简洁而不再对其进行阐述。

在图2所示的实施方式中，第一开关116打开并且第二开关118闭合。第一充电开关124和第二充电开关126打开。在DC/DC转换器106的第一端子对108处存在电压U3＝U1，所述电压相当于第一电源102的电压U1。DC/DC转换器106将电压U3转换成电压U4，其中电压U4被调节。因此，在电源装置的端子103、105上存在作为中间电路电压的电压UZK＝U2+U4、即第二电源104的电压U2和在DC/DC转换器106的第二端子对110上的电压U4之和。

根据图2的运行情况或实施方式的优点在于，可以为逆变器112提供比第一电源102的电压U1更高的电压。由此，根据电机104的工作点可以优化整体效能。这种运行情况可以例如在电机114较高的转速时是适合的。

参考图3，图3示出了第三种运行情况，在所述第三种运行情况下，电源装置100的第一电源102和第二电源104被充电。图3中所示的电源装置100的结构设计相当于图1和2中所示的电源装置的结构，从而为了简洁而不重复介绍电源装置的结构设计。

在图3中示出的运行情况中，第一开关116和第二开关118打开，并且第一充电开关124和第二充电开关126闭合。经由充电端子120、122，电流I4流过DC/DC转换器106的第二端子对110并流过第二电源104。通过DC/DC转换器106的第二端子对110的电流I4等于通过第二电源104的电流I2。在第二电源104上存在电压U2。在DC/DC转换器106的第二端子对110上存在电压U4。落在第二电源104上的电压U2和落在DC/DC转换器106的第二端子对110上的电压U4的总和相当于如例如由充电设备输出的充电电压。

如此控制DC/DC转换器106，使得在DC/DC转换器106的第二端子对110上的电压U4转换成在DC/DC转换器106的第一端子对108上的电压U3，其中调节流过第一端子对的电流，并且其中如此调节流过第一端子对的电流，使得不超过最大充电电压。在DC/DC转换器的第一端子对108上的电压U3可以高于在DC/DC转换器的第二端子对110上的电压U4。DC/DC转换器106的第一端子对108上的电压U3相当于第一电源102上的电压U1。

电源装置的充电功率随着电源装置的电压而线性增加，这是因为用于电驱动车辆的充电设备通常被如此运行，使得最大充电电流被限制。因此，充电设备的最大电流是限制性参数。由于第一开关116和第二开关118打开，所以充电端子120、122上的电压可以高于逆变器112上的允许电压。此外，可以利用相对较高的电压为第一电源102充电，由此增加了充电功率并减少了充电所需的时间。优选如此调节电源装置100的充电电压，使得达到充电桩的最大充电电压。

在图1至图3所示的实施方式中，第一电源102可以具有由针对高容量而优化的蓄电池单体、例如锂离子电池单体(高能量单体)组成的串联电路。第二电源104可以具有针对高电流输出而优化的多个蓄电池单体、例如锂离子蓄电池单体(高功率单体)，或者具有超级电容器。

参考图4，图4示出了本发明的另一种实施方式。除了第二电源204是燃料电池之外，图4的实施例在结构设计上相当于图1至图3的实施方式。第一电源202可以是针对高功率输出而优化的电储能器、例如超级电容器和/或针对高功率输出而优化的蓄电池单体的串联电路。该实施方式可以借助控制装置150如之前参照图1至3所述那样来运行。

一方面，本发明具有可以将DC/DC转换器针对较低功率而设计的优点。此外，本发明的优点在于，多个电源可以并联或串联运行，以便使输出的电流和/或所施加的电压更好地适配于带有电机的逆变器的工作点。此外，可以在电流受限的充电设备上加速充电。