ハイブリッドバッテリシステム
本発明は、バッテリシステムのためのエネルギー変換器であって、それぞれが第１の入力口及び第２の入力口（３２−１、３２−２）並びに第１の出力口及び第２の出力口（３３−１、３３−２）を有する複数のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）を備えた上記エネルギー変換器に関する。ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、４１−１）の第１の出力口（３３−１）は、エネルギー変換器の第１の出力口（２３−１、４３−１）と接続され、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの最終コンバータ（２１−ｎ、４１−ｎ）の第２の出力口（３３−２）は、エネルギー変換器の第２の出力口（２３−２、４３−２）と接続される。第１の入力口及び第２の入力口（３２−１、３２−２）は、バッテリモジュール（２０−１、２０−２、２０−ｎ、３０、４０−１、４０−２、４０−ｎ）の接続のために構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）は出力側で直列に接続される。エネルギー変換器は、複数の第１のダイオード（２２−２、２２−ｎ、４２−２、４２−ｎ）であって、当該第１のダイオードのそれぞれが、ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）のうちの１のＤＣ／ＤＣコンバータの第１の入力口（３２−１）と接続された陽極と、他のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の第２の入力口（３２−２）と接続された陰極と、を有し、従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）は入力側で直列に接続される、上記複数の第１のダイオードと、ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、４１−１）の第１の入力口（３２−１）と接続された陽極と、エネルギー変換器の第１の出力口（２３−１、４３−１）と接続された陰極と、を有する第２のダイオード（２２−１、４２−１）と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッドバッテリシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電所及び緊急電力システムのような定置型の適用において及び車両において使用すべきバッテリシステムに対する需要が大きくなっている。これら全ての適用は、確実性及び信頼性に対する要求度が高い。その理由は、バッテリシステムによる電圧供給の完全な故障がシステム全体の故障に繋がりうるからである。従って、風力発電所の場合には、強風の際に動翼の位置を変更し、風力発電所に損害を与え又は破壊する可能性のある機械的な過負荷から当該発電所を護るために、バッテリが使用される。電気自動車のバッテリの故障の場合、電気自動車は走行に適さないであろう。他方また、緊急電力システムは、例えば病院の中断することのない稼動を保障すべきであり、従ってシステム自体は可能な限り故障しえないべきである。
【０００３】
各適用のために必要とされる電力及びエネルギーを提供しうるために、個々のバッテリセルが直列に接続され、部分的に追加的に並列に接続される。図１は、バッテリの直列接続についての簡略化された回路図を示す。例えば乗用車内で電動機のために必要とされる高い駆動電圧を、個別セル１０−１、・・・、１０−ｎの電圧を合計することによって得るために、複数のバッテリセル１０−１〜１０−ｎは直列に接続されている。高い駆動電圧は、出力側のスイッチ１１−１及び１１−２によって、インバータのような図示されない後続のパワーエレクトロニック（ｌｅｉｓｔｕｎｇｓｅｌｅｋｔｒｏｎｉｓｃｈ）素子から分離されうる。バッテリの総出力電力は、バッテリセル１０−１、・・・、１０−ｎの直列接続に基づいて、各バッテリセル１０−１、・・・、１０−ｎ内を流れるが、その際、バッテリセル１０−１、・・・、１０−ｎ内での電気化学過程による電荷転送が起こるため、極端な場合には、個々のバッテリセルの故障は、構成全体がもはや電力及び電気的なエネルギーを提供しえないということを意味する。バッテリセル１０−１、・・・、１０−ｎの差し迫った故障を適時に検出しうるために、通常では所謂バッテリ管理システム１２が利用され、このバッテリ管理システム１２は、各バッテリセル１０−１、・・・、１０−ｎの２つの極と接続され又は接続可能であり、定期的又は選択可能な間隔で、各バッテリセル１０−１、・・・、１０−ｎの電圧及び温度のような駆動パラメータを決定し、これに基づいて、当該バッテリセルの充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、ＳｏＣ）を決定する。このことは、バッテリシステムの電気的な駆動データのフレキシビリティ（Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔａｅｔ）が低い際に、高いコストが掛かることを意味する。
【０００４】
複数のバッテリセルの直列接続の更なる別の欠点は、以下のとおりである。
１．個々の要請を満たすために本来必要であろうよりも大きな数のバッテリセルが接続される場合には、バッテリにより駆動される素子の様々な駆動状態のために、提供される駆動電圧、最大電力、及び、蓄えられたエネルギーについての条件が出され、当該条件が１つにまとめられる。このことにより、値段、及び、特に、電気自動車の場合に障害となるバッテリシステムの重量及び体積が増加する。
【０００５】
２．バッテリの組立、即ち、個々のセルの相互接続は、直列接続により合計される個別のバッテリセルの電圧のために、１０００Ｖまでの高い電圧において行われ、従って、バッテリ、個々セル、又はモジュールの交換は地方の工場では行われず、又は、定置型の適用の場合には、特殊工具を用いて特別に要請された専門家によって行われうる。これにより、故障時のバッテリシステムのメンテナンスのためにロジスティック的な高いコストが発生する。
【０００６】
３．バッテリシステムをゼロ電位で（ｓｐａｎｎｕｎｇｓｆｒｅｉ）接続するために、即ち、本来のバッテリを負荷から遮断するために、典型的に接触器として実現され、予期される高い電圧及び電流のため非常に高価である電力スイッチ１１−１及び１１−２を設ける必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の従来技術の欠点を克服しうる装置を提示することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点は、バッテリシステムのためのエネルギー変換器であって、それぞれが第１の入力口及び第２の入力口並びに第１の出力口及び第２の出力口を有する複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備えた上記エネルギー変換器に関する。ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの第１のＤＣ／ＤＣコンバータの第１の出力口は、エネルギー変換器の第１の出力口と接続され、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの最終コンバータの第２の出力口は、エネルギー変換器の第２の出力口と接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の入力口及び第２の入力口は、バッテリモジュールの接続のために構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータは出力側で直列に接続される。本発明によれば、エネルギー変換器は、複数の第１のダイオードであって、当該第１のダイオードのそれぞれが、ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの１のＤＣ／ＤＣコンバータの第１の入力口と接続された陽極、及び、他のＤＣ／ＤＣコンバータの第２の入力口と接続された陰極を有し、従って、ＤＣ／ＤＣコンバータは入力側で直列に接続される、上記複数の第１のダイオードと、ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの第１のＤＣ／ＤＣコンバータの第１の入力口と接続された陽極、及び、エネルギー変換器の第１の出力口と接続された陰極を有する第２のダイオードと、を有する。
【０００９】
本発明は、バッテリモジュールが第１のダイオードを介して直列に接続され、直列に接続されたバッテリモジュールが、第２のダイオードを介して、ＤＣ／ＤＣコンバータに対して並列に接続されるという利点を有する。これにより、大抵の駆動状態にとっては十分な僅かな電力消費のために、ＤＣ／ＤＣコンバータの寸法を決定することが可能となり、これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータがより軽量で安価となる。高い電力が消費される場合には、直列に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータにより形成される出力電圧が低下し、直列に接続されたバッテリモジュールの電圧以下に下がる。これにより、バッテリモジュールは、第２のダイオードを介して接続され、出力電圧を再び安定させる。従って本発明により、異なる駆動状態のために提供される電力に対する様々な要請の良い妥協が可能となる。さらに、駆動状態に従った適切な総電圧の選択は、ＤＣ／ＤＣコンバータの対応する制御による十分に低い電力消費を前提として可能である。また、電力消費が低い際には、出力電圧は、一次側（ｐｒｉｍａｅｒｓｅｉｔｉｇ）に接続されたバッテリセルの数に依存しなくなる。これにより、バッテリシステムの構成が、純粋にエネルギー又は電力基準に従って、各適用のために必要とされる総電圧に依存せずに行われうる。本構成の更なる別の利点は、バッテリ出力口の高電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータの停止によって簡単な方法で停止しうるため、高価な接触器１１−１及び１１−２が省略されうることである。
【００１０】
エネルギー変換器は、複数の第１の分離スイッチを有し、当該第１の分離スイッチのうちの各第１の分離スイッチを介して、バッテリモジュールはＤＣ／ＤＣコンバータと接続可能である。第１の分離スイッチによって、バッテリモジュールを各ＤＣ／ＤＣコンバータから分離し、従って、当該ＤＣ／ＤＣコンバータをゼロ電位で接続することが可能となる。これにより、バッテリモジュールが、ＤＣ／ＤＣコンバータの接続状態に従って短絡することが防止される。好適に、第１の分離スイッチは継電器として実現される。
【００１１】
エネルギー変換器は、第１の分離スイッチに加えて、複数の第２の分離スイッチを有し、上記複数第２の分離スイッチのうちの各第２の分離スイッチは、第１のダイオード又は第２のダイオードと直列に接続される。第２の分離スイッチは、各ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の出力口を、各ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の入力口から分離し、又は、各ＤＣ／ＤＣコンバータの第２の入力口を、最後のＤＣ／ＤＣコンバータを除いて、各ＤＣ／ＤＣコンバータの第２の出力口から分離するように構成される。第２の分離スイッチは、好適に高速スイッチとして実現され、第１の分離スイッチが切り替わらず又は非常にゆっくり切り替わる場合には、バッテリモジュールの分離を保障する。このことは、非常にゆっくりと切り替わる継電器として第１の分離スイッチが実現される場合には特に有利である。
【００１２】
ＤＣ／ＤＣコンバータは、特に好適に、非絶縁型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、特に昇圧型コンバータ／降圧型コンバータ、又は、バック−ブーストコンバータとして実現される。
【００１３】
エネルギー変換器の好適な実現において、ＤＣ／ＤＣコンバータはそれぞれ、コイルと、第１〜第４のスイッチと、第１〜第４のスイッチの制御のためのコントローラと、を有し、第１のスイッチは、第１の入力口とコイルの第１の端子とを接続し、第２のスイッチは、コイルの第１の端子と第２の入力口とを接続し、第３のスイッチは、コイルの第２の端子と第２の入力口とを接続し、第４のスイッチは、コイルの第２の端子と第１の出力口とを接続する。バック−ブーストコンバータのこの構成は回路技術的にはより複雑性が低く、形成される出力電圧の容易な制御を可能とする。
【００１４】
ここでは、特に好適に、各コントローラが、第１の制御信号のための第１の制御入力口を有し、第１の制御信号の受信に応じて、第３のスイッチと第４のスイッチの閉鎖により、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の出力口を、ＤＣ／ＤＣコンバータの第２の出力口と電気的に接続し、かつ、第１のスイッチの開放により、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の入力口を分離するように構成される。本実施形態により、例えば、入力側に接続されたバッテリモジュールが破損しているために、ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動中に選択的に停止することが可能となる。第３のスイッチの閉鎖によって、故障したＤＣ／ＤＣコンバータの第１の出力口と第２の出力口とが導電的に互いに接続され、従って、構成全体を、引き続いて出力電流が流れうる。バッテリモジュールを、コイルを介して短絡させないために、バッテリモジュールは同時に第１のスイッチの開放によって分離される。従って本実施形態によって、１つ又は複数のバッテリセルの故障にも関わらず、装置を続けて駆動することが可能となる。さらに、場合によっては、駆動中にもバッテリモジュールの交換が可能となり、その際に、総電圧の形成を中断する必要はない。
【００１５】
上記の２つの変形例の更なる発展形態において、ＤＣ／ＤＣインバータのそれぞれは、第２の制御信号のための第２の制御入力口を有し、第２の制御信号の受信に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の出力口と第２の出力口との間の電圧を上げるように構成される。これによって、既に記載した個々のＤＣ／ＤＣコンバータの停止による総電圧の低下を妨げることが可能であり、従って更に、少なくとも近似的に不変の総電圧が、低減された数のＤＣ／ＤＣコンバータによって提供される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータの数が同じままで総電圧を上げ、他の駆動状態に対して調整することも可能である。
【００１６】
本発明の第２の観点は、本発明の第１の観点にかかるエネルギー変換器と、複数のバッテリモジュールと、を備えたバッテリシステムを導入する。各バッテリモジュールは、少なくとも１つのバッテリセルを有する。バッテリモジュールのバッテリ端子は、エネルギー変換器のＤＣ／ＤＣコンバータの第１の入力口及び第２の入力口のうちの対応する入力口と着脱可能に接続される。
【００１７】
本発明の第３の観点は、本発明の第１の観点にかかるエネルギー変換器を備えた車両に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明は、以下、実施形態を用いてより詳細に解説される。
【図１】従来技術によるバッテリ管理システムを備えたバッテリを示す。
【図２】本発明の第１の実施形態を示す。
【図３】バック−ブーストコンバータとして実現されたＤＣ／ＤＣコンバータの回路図を示す。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施例を示す。複数のＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎが入力側で、複数のダイオード２２−２〜２２−ｎを介して直列に接続される。さらに、各ＤＣ／ＤＣコンバータンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎは入力側で、バッテリモジュール２０−１、２０−２、・・・、２０−ｎであって、１つのバッテリセル又は直列に接続された複数のバッテリセルをそれぞれが有する上記バッテリモジュールと接続される。図２で分かるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎの出力口は直列に接続され、従って、本構成の出力口２３−１と２３−２との間の総電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎにより形成される個別の電圧の合計として生じる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎは、公知の方法で組み立てられ、かつ、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎの第１の出力口及び第２の出力口に印加される出力電圧の調整、又は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎの停止も可能とし、従って、ＤＣ／ＤＣ変換がもはや行われない。これにより、出力口２３−１及び２３−２での総電圧が各駆動状況に対してフレキシブルに調整されうるが、このことは、本発明の利点に相当する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎ内の点線は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎの入力口と出力口の間の可能な導電接続を示す。バッテリモジュール２０−１、２０−２、・・・、２０−ｎは、第１のダイオード２２−２、・・・、２２−ｎ及び第１の分離スイッチ２４−１、２４−２、・・・、２４−ｎを介して直列に接続され、第２のダイオード２２−１を介して、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１の第１の出力口と並列に接続される。これにより、直列に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎと並行して、バッテリモジュールが相互接続されたバッテリが提供される。このことによって、比較的わずかな電力消費のためのＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎを構成することが可能となり、これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎはより小型で、より軽量で、より安価となる。より高い電力が提供される必要がある通常ではめったに発生しない駆動状態のために、先に述べた並列に接続されたバッテリは、直接的に電源として機能しうる。このようなより高い電力が消費される場合には、第２のダイオード２２−１が順方向バイアスにおいて極性が与えられるまで、出力口２３−１と２３−２との間のＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎにより形成される電圧が下がる。その後、第２のダイオード２２−１が接続し、バッテリは、出力口２３−１と２３−２との間の電圧を安定させる。従って、本発明は、使用されるバッテリセルの数に依存せずに、出力電圧の可変的な生成という利点を、さらに最大で提供される高い出力電圧と組み合わせ、その際に、比較的より小さな回路コストが掛かりうる。第１の分離スイッチ（Ａｂｋｏｐｐｐｅｌｓｃｈａｌｔｅｒ）２４−１、２４−２、・・・、２４−ｎは、各バッテリモジュール２０−１、２０−２、・・・、２０−ｎを、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎから分離し、当該ＤＣ／ＤＣコンバータをゼロ電位で接続することを可能とする。このことは特に、バッテリモジュール２０−１、２０−２、・・・、２０−ｎの破損の場合に有用である。このような場合には、構成全体の更なる別の機能が保障されるために、追加的に、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎを停止し、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力口を短絡させる（ｋｕｒｚｓｃｈｌｉｅｓｓｅｎ）べきであろう。追加的又は代替的に、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力側のための対応するバイパス回路も可能であるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎが、第２の入力口と第２の出力口との間の導電接続を有する場合には省略されうる。
【００２０】
図３は、バック−ブーストコンバータ（Ｂｕｃｋ−Ｂｏｏｓｔ−Ｋｏｎｖｅｒｔｅｒ）として実現された公知のＤＣ／ＤＣコンバータ３１の回路図を示す。第１の入力口３２−１と、第２の入力口３２−２との間で、バッテリモジュール３０は、１つ又は複数のバッテリセル３０−１〜３０−ｎと着脱可能に（ｌｏｅｓｂａｒ）接続されうる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、第１〜第４のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と、コイルＬ１と、を有する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１の出力口及び第２の出力口３３−１、３３−２を有し、かつ、直流電圧であって、公知の方法では第１〜第４のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続期間の選択によって、バッテリモジュール３０の直流電圧に依存せずに、その値が調整されうる上記直流電圧を、出力口３３−１、３３−２の間に形成するように構成される。最も簡単な場合には、バック−ブーストコンバータは、交互に２つの異なる状態で駆動される。１の充電状態において、第１のスイッチＳ１と第３のスイッチＳ３とは閉鎖され（即ち導電状態に置かれ）、第２のスイッチＳ２と第４のスイッチＳ４は開放される（即ち、非導電状態に置かれる）。結果的に、バッテリモジュール３０から、コイルＬ１内で磁場を形成する電流が、コイルＬ１を通って流れる。放電プロセスにおいては、第１のスイッチＳ１と第３のスイッチＳ３が開放され、第２のスイッチＳ２と第４のスイッチＳ４が閉鎖される。これにより、バッテリモジュール３０はコイルＬ１から分離され、当該コイルの入力口は、バッテリモジュール３０の負極と接続され、当該コイルの出力口は第１の出力口３３−１と接続される。コイルＬ１は、自身を通って流れる電流の変化を防げるため、コイルＬ１は、自身の磁場から出力電流を蓄えて、出力電流を遮断する。このプロセスが迅速に反復される場合に、その値が特に反復の頻度に依存する直流電圧が、出力口３３−１、３３−２間に調整される。
【００２１】
スイッチＳ１〜Ｓ４のクロック（Ｔａｋｔｕｎｇ）を、駆動状態に対して調整するコントローラは示されていない。また通常では、出力口３３−１、３３−２に印加される出力電圧が決定されてスイッチＳ１〜Ｓ４のクロックの調整のために利用されるフィードバックが設けられ、従って、可能限り安定した出力電圧が形成される。出力電圧のより良好な平滑化のために、出力口３３−１、３３−２の間に、バッファコンデンサ（Ｐｕｆｆｅｒｋｏｎｄｅｎｓａｔｏｒ）が設けられうる。本発明の範囲において、ＤＣ／ＤＣコンデンサの本特徴は、本発明にかかる構成、駆動状態ごとに望まれる総電圧の調整、又は、１つ若しくは全てのＤＣ／ＤＣコンバータの停止も可能とする。特に有利に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、スイッチＳ３及びＳ４が閉鎖され、スイッチＳ１及びＳ２が開放されることで、停止される。
【００２２】
図４は、第１の実施形態と同様に構成され対応して機能する、本発明の第２の実施形態を示す。唯一の違いは、追加的に第２の分離スイッチ４５−１、４５−２、４５−３が挿入されたことであり、当該第２の分離スイッチは、バッテリモジュール４０−１、４０−２、・・・、４０−ｎの破損により、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１−１、４１−２、・・・、４１−ｎを先に記載したように停止する場合のために、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１−１、４１−２、・・・、４１−ｎ内の点線によって示されるＤＣ／ＤＣコンバータ４１−１、４１−２、・・・、４１−ｎの第２の入力口と第２の出力口との間の導電接続を遮断するものである。ここでは、第２の分離スイッチは好適に、例えば電力トランジスタのような高速スイッチとして構成され、好適に比較的遅い継電器として実現された第１の分離スイッチ４４−１、４４−２、・・・、４４−ｎのうちの１つが開放されず、又は十分に迅速に開放されない場合には、バッテリモジュール４０−１、４０−２、・・・、４０−ｎを分離しうる。第２の分離スイッチは、最終のＤＣ／ＤＣコンバータ４１−ｎのためには必要ではない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッドバッテリシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電所及び緊急電力システムのような定置型の適用において及び車両において使用すべきバッテリシステムに対する需要が大きくなっている。これら全ての適用は、確実性及び信頼性に対する要求度が高い。その理由は、バッテリシステムによる電圧供給の完全な故障がシステム全体の故障に繋がりうるからである。従って、風力発電所の場合には、強風の際に動翼の位置を変更し、風力発電所に損害を与え又は破壊する可能性のある機械的な過負荷から当該発電所を護るために、バッテリが使用される。電気自動車のバッテリの故障の場合、電気自動車は走行に適さないであろう。他方また、緊急電力システムは、例えば病院の中断することのない稼動を保障すべきであり、従ってシステム自体は可能な限り故障しえないべきである。
【０００３】
各適用のために必要とされる電力及びエネルギーを提供しうるために、個々のバッテリセルが直列に接続され、部分的に追加的に並列に接続される。図１は、バッテリの直列接続についての簡略化された回路図を示す。例えば乗用車内で電動機のために必要とされる高い駆動電圧を、個別セル１０−１、・・・、１０−ｎの電圧を合計することによって得るために、複数のバッテリセル１０−１〜１０−ｎは直列に接続されている。高い駆動電圧は、出力側のスイッチ１１−１及び１１−２によって、インバータのような図示されない後続のパワーエレクトロニック（ｌｅｉｓｔｕｎｇｓｅｌｅｋｔｒｏｎｉｓｃｈ）素子から分離されうる。バッテリの総出力電力は、バッテリセル１０−１、・・・、１０−ｎの直列接続に基づいて、各バッテリセル１０−１、・・・、１０−ｎ内を流れるが、その際、バッテリセル１０−１、・・・、１０−ｎ内での電気化学過程による電荷転送が起こるため、極端な場合には、個々のバッテリセルの故障は、構成全体がもはや電力及び電気的なエネルギーを提供しえないということを意味する。バッテリセル１０−１、・・・、１０−ｎの差し迫った故障を適時に検出しうるために、通常では所謂バッテリ管理システム１２が利用され、このバッテリ管理システム１２は、各バッテリセル１０−１、・・・、１０−ｎの２つの極と接続され又は接続可能であり、定期的又は選択可能な間隔で、各バッテリセル１０−１、・・・、１０−ｎの電圧及び温度のような駆動パラメータを決定し、これに基づいて、当該バッテリセルの充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、ＳｏＣ）を決定する。このことは、バッテリシステムの電気的な駆動データのフレキシビリティ（Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔａｅｔ）が低い際に、高いコストが掛かることを意味する。
【０００４】
複数のバッテリセルの直列接続の更なる別の欠点は、以下のとおりである。
１．個々の要請を満たすために本来必要であろうよりも大きな数のバッテリセルが接続される場合には、バッテリにより駆動される素子の様々な駆動状態のために、提供される駆動電圧、最大電力、及び、蓄えられたエネルギーについての条件が出され、当該条件が１つにまとめられる。このことにより、値段、及び、特に、電気自動車の場合に障害となるバッテリシステムの重量及び体積が増加する。
【０００５】
２．バッテリの組立、即ち、個々のセルの相互接続は、直列接続により合計される個別のバッテリセルの電圧のために、１０００Ｖまでの高い電圧において行われ、従って、バッテリ、個々セル、又はモジュールの交換は地方の工場では行われず、又は、定置型の適用の場合には、特殊工具を用いて特別に要請された専門家によって行われうる。これにより、故障時のバッテリシステムのメンテナンスのためにロジスティック的な高いコストが発生する。
【０００６】
３．バッテリシステムをゼロ電位で（ｓｐａｎｎｕｎｇｓｆｒｅｉ）接続するために、即ち、本来のバッテリを負荷から遮断するために、典型的に接触器として実現され、予期される高い電圧及び電流のため非常に高価である電力スイッチ１１−１及び１１−２を設ける必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の従来技術の欠点を克服しうる装置を提示することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点は、バッテリシステムのためのエネルギー変換器であって、それぞれが第１の入力口及び第２の入力口並びに第１の出力口及び第２の出力口を有する複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備えた上記エネルギー変換器に関する。ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの第１のＤＣ／ＤＣコンバータの第１の出力口は、エネルギー変換器の第１の出力口と接続され、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの最終コンバータの第２の出力口は、エネルギー変換器の第２の出力口と接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の入力口及び第２の入力口は、バッテリモジュールの接続のために構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータは出力側で直列に接続される。本発明によれば、エネルギー変換器は、複数の第１のダイオードであって、当該第１のダイオードのそれぞれが、ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの１のＤＣ／ＤＣコンバータの第１の入力口と接続された陽極、及び、他のＤＣ／ＤＣコンバータの第２の入力口と接続された陰極を有し、従って、ＤＣ／ＤＣコンバータは入力側で直列に接続される、上記複数の第１のダイオードと、ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの第１のＤＣ／ＤＣコンバータの第１の入力口と接続された陽極、及び、エネルギー変換器の第１の出力口と接続された陰極を有する第２のダイオードと、を有する。
【０００９】
本発明は、バッテリモジュールが第１のダイオードを介して直列に接続され、直列に接続されたバッテリモジュールが、第２のダイオードを介して、ＤＣ／ＤＣコンバータに対して並列に接続されるという利点を有する。これにより、大抵の駆動状態にとっては十分な僅かな電力消費のために、ＤＣ／ＤＣコンバータの寸法を決定することが可能となり、これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータがより軽量で安価となる。高い電力が消費される場合には、直列に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータにより形成される出力電圧が低下し、直列に接続されたバッテリモジュールの電圧以下に下がる。これにより、バッテリモジュールは、第２のダイオードを介して接続され、出力電圧を再び安定させる。従って本発明により、異なる駆動状態のために提供される電力に対する様々な要請の良い妥協が可能となる。さらに、駆動状態に従った適切な総電圧の選択は、ＤＣ／ＤＣコンバータの対応する制御による十分に低い電力消費を前提として可能である。また、電力消費が低い際には、出力電圧は、一次側（ｐｒｉｍａｅｒｓｅｉｔｉｇ）に接続されたバッテリセルの数に依存しなくなる。これにより、バッテリシステムの構成が、純粋にエネルギー又は電力基準に従って、各適用のために必要とされる総電圧に依存せずに行われうる。本構成の更なる別の利点は、バッテリ出力口の高電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータの停止によって簡単な方法で停止しうるため、高価な接触器１１−１及び１１−２が省略されうることである。
【００１０】
エネルギー変換器は、複数の第１の分離スイッチを有し、当該第１の分離スイッチのうちの各第１の分離スイッチを介して、バッテリモジュールはＤＣ／ＤＣコンバータと接続可能である。第１の分離スイッチによって、バッテリモジュールを各ＤＣ／ＤＣコンバータから分離し、従って、当該ＤＣ／ＤＣコンバータをゼロ電位で接続することが可能となる。これにより、バッテリモジュールが、ＤＣ／ＤＣコンバータの接続状態に従って短絡することが防止される。好適に、第１の分離スイッチは継電器として実現される。
【００１１】
エネルギー変換器は、第１の分離スイッチに加えて、複数の第２の分離スイッチを有し、上記複数第２の分離スイッチのうちの各第２の分離スイッチは、第１のダイオード又は第２のダイオードと直列に接続される。第２の分離スイッチは、各ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の出力口を、各ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の入力口から分離し、又は、各ＤＣ／ＤＣコンバータの第２の入力口を、最後のＤＣ／ＤＣコンバータを除いて、各ＤＣ／ＤＣコンバータの第２の出力口から分離するように構成される。第２の分離スイッチは、好適に高速スイッチとして実現され、第１の分離スイッチが切り替わらず又は非常にゆっくり切り替わる場合には、バッテリモジュールの分離を保障する。このことは、非常にゆっくりと切り替わる継電器として第１の分離スイッチが実現される場合には特に有利である。
【００１２】
ＤＣ／ＤＣコンバータは、特に好適に、非絶縁型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、特に昇圧型コンバータ／降圧型コンバータ、又は、バック−ブーストコンバータとして実現される。
【００１３】
エネルギー変換器の好適な実現において、ＤＣ／ＤＣコンバータはそれぞれ、コイルと、第１〜第４のスイッチと、第１〜第４のスイッチの制御のためのコントローラと、を有し、第１のスイッチは、第１の入力口とコイルの第１の端子とを接続し、第２のスイッチは、コイルの第１の端子と第２の入力口とを接続し、第３のスイッチは、コイルの第２の端子と第２の入力口とを接続し、第４のスイッチは、コイルの第２の端子と第１の出力口とを接続する。バック−ブーストコンバータのこの構成は回路技術的にはより複雑性が低く、形成される出力電圧の容易な制御を可能とする。
【００１４】
ここでは、特に好適に、各コントローラが、第１の制御信号のための第１の制御入力口を有し、第１の制御信号の受信に応じて、第３のスイッチと第４のスイッチの閉鎖により、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の出力口を、ＤＣ／ＤＣコンバータの第２の出力口と電気的に接続し、かつ、第１のスイッチの開放により、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の入力口を分離するように構成される。本実施形態により、例えば、入力側に接続されたバッテリモジュールが破損しているために、ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動中に選択的に停止することが可能となる。第３のスイッチの閉鎖によって、故障したＤＣ／ＤＣコンバータの第１の出力口と第２の出力口とが導電的に互いに接続され、従って、構成全体を、引き続いて出力電流が流れうる。バッテリモジュールを、コイルを介して短絡させないために、バッテリモジュールは同時に第１のスイッチの開放によって分離される。従って本実施形態によって、１つ又は複数のバッテリセルの故障にも関わらず、装置を続けて駆動することが可能となる。さらに、場合によっては、駆動中にもバッテリモジュールの交換が可能となり、その際に、総電圧の形成を中断する必要はない。
【００１５】
上記の２つの変形例の更なる発展形態において、ＤＣ／ＤＣインバータのそれぞれは、第２の制御信号のための第２の制御入力口を有し、第２の制御信号の受信に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の出力口と第２の出力口との間の電圧を上げるように構成される。これによって、既に記載した個々のＤＣ／ＤＣコンバータの停止による総電圧の低下を妨げることが可能であり、従って更に、少なくとも近似的に不変の総電圧が、低減された数のＤＣ／ＤＣコンバータによって提供される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータの数が同じままで総電圧を上げ、他の駆動状態に対して調整することも可能である。
【００１６】
本発明の第２の観点は、本発明の第１の観点にかかるエネルギー変換器と、複数のバッテリモジュールと、を備えたバッテリシステムを導入する。各バッテリモジュールは、少なくとも１つのバッテリセルを有する。バッテリモジュールのバッテリ端子は、エネルギー変換器のＤＣ／ＤＣコンバータの第１の入力口及び第２の入力口のうちの対応する入力口と着脱可能に接続される。
【００１７】
本発明の第３の観点は、本発明の第１の観点にかかるエネルギー変換器を備えた車両に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明は、以下、実施形態を用いてより詳細に解説される。
【図１】従来技術によるバッテリ管理システムを備えたバッテリを示す。
【図２】本発明の第１の実施形態を示す。
【図３】バック−ブーストコンバータとして実現されたＤＣ／ＤＣコンバータの回路図を示す。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施例を示す。複数のＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎが入力側で、複数のダイオード２２−２〜２２−ｎを介して直列に接続される。さらに、各ＤＣ／ＤＣコンバータンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎは入力側で、バッテリモジュール２０−１、２０−２、・・・、２０−ｎであって、１つのバッテリセル又は直列に接続された複数のバッテリセルをそれぞれが有する上記バッテリモジュールと接続される。図２で分かるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎの出力口は直列に接続され、従って、本構成の出力口２３−１と２３−２との間の総電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎにより形成される個別の電圧の合計として生じる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎは、公知の方法で組み立てられ、かつ、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎの第１の出力口及び第２の出力口に印加される出力電圧の調整、又は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎの停止も可能とし、従って、ＤＣ／ＤＣ変換がもはや行われない。これにより、出力口２３−１及び２３−２での総電圧が各駆動状況に対してフレキシブルに調整されうるが、このことは、本発明の利点に相当する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎ内の点線は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎの入力口と出力口の間の可能な導電接続を示す。バッテリモジュール２０−１、２０−２、・・・、２０−ｎは、第１のダイオード２２−２、・・・、２２−ｎ及び第１の分離スイッチ２４−１、２４−２、・・・、２４−ｎを介して直列に接続され、第２のダイオード２２−１を介して、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１の第１の出力口と並列に接続される。これにより、直列に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎと並行して、バッテリモジュールが相互接続されたバッテリが提供される。このことによって、比較的わずかな電力消費のためのＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎを構成することが可能となり、これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎはより小型で、より軽量で、より安価となる。より高い電力が提供される必要がある通常ではめったに発生しない駆動状態のために、先に述べた並列に接続されたバッテリは、直接的に電源として機能しうる。このようなより高い電力が消費される場合には、第２のダイオード２２−１が順方向バイアスにおいて極性が与えられるまで、出力口２３−１と２３−２との間のＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎにより形成される電圧が下がる。その後、第２のダイオード２２−１が接続し、バッテリは、出力口２３−１と２３−２との間の電圧を安定させる。従って、本発明は、使用されるバッテリセルの数に依存せずに、出力電圧の可変的な生成という利点を、さらに最大で提供される高い出力電圧と組み合わせ、その際に、比較的より小さな回路コストが掛かりうる。第１の分離スイッチ（Ａｂｋｏｐｐｐｅｌｓｃｈａｌｔｅｒ）２４−１、２４−２、・・・、２４−ｎは、各バッテリモジュール２０−１、２０−２、・・・、２０−ｎを、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎから分離し、当該ＤＣ／ＤＣコンバータをゼロ電位で接続することを可能とする。このことは特に、バッテリモジュール２０−１、２０−２、・・・、２０−ｎの破損の場合に有用である。このような場合には、構成全体の更なる別の機能が保障されるために、追加的に、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎを停止し、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力口を短絡させる（ｋｕｒｚｓｃｈｌｉｅｓｓｅｎ）べきであろう。追加的又は代替的に、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力側のための対応するバイパス回路も可能であるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１−１、２１−２、・・・、２１−ｎが、第２の入力口と第２の出力口との間の導電接続を有する場合には省略されうる。
【００２０】
図３は、バック−ブーストコンバータ（Ｂｕｃｋ−Ｂｏｏｓｔ−Ｋｏｎｖｅｒｔｅｒ）として実現された公知のＤＣ／ＤＣコンバータ３１の回路図を示す。第１の入力口３２−１と、第２の入力口３２−２との間で、バッテリモジュール３０は、１つ又は複数のバッテリセル３０−１〜３０−ｎと着脱可能に（ｌｏｅｓｂａｒ）接続されうる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、第１〜第４のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と、コイルＬ１と、を有する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１の出力口及び第２の出力口３３−１、３３−２を有し、かつ、直流電圧であって、公知の方法では第１〜第４のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続期間の選択によって、バッテリモジュール３０の直流電圧に依存せずに、その値が調整されうる上記直流電圧を、出力口３３−１、３３−２の間に形成するように構成される。最も簡単な場合には、バック−ブーストコンバータは、交互に２つの異なる状態で駆動される。１の充電状態において、第１のスイッチＳ１と第３のスイッチＳ３とは閉鎖され（即ち導電状態に置かれ）、第２のスイッチＳ２と第４のスイッチＳ４は開放される（即ち、非導電状態に置かれる）。結果的に、バッテリモジュール３０から、コイルＬ１内で磁場を形成する電流が、コイルＬ１を通って流れる。放電プロセスにおいては、第１のスイッチＳ１と第３のスイッチＳ３が開放され、第２のスイッチＳ２と第４のスイッチＳ４が閉鎖される。これにより、バッテリモジュール３０はコイルＬ１から分離され、当該コイルの入力口は、バッテリモジュール３０の負極と接続され、当該コイルの出力口は第１の出力口３３−１と接続される。コイルＬ１は、自身を通って流れる電流の変化を防げるため、コイルＬ１は、自身の磁場から出力電流を蓄えて、出力電流を遮断する。このプロセスが迅速に反復される場合に、その値が特に反復の頻度に依存する直流電圧が、出力口３３−１、３３−２間に調整される。
【００２１】
スイッチＳ１〜Ｓ４のクロック（Ｔａｋｔｕｎｇ）を、駆動状態に対して調整するコントローラは示されていない。また通常では、出力口３３−１、３３−２に印加される出力電圧が決定されてスイッチＳ１〜Ｓ４のクロックの調整のために利用されるフィードバックが設けられ、従って、可能限り安定した出力電圧が形成される。出力電圧のより良好な平滑化のために、出力口３３−１、３３−２の間に、バッファコンデンサ（Ｐｕｆｆｅｒｋｏｎｄｅｎｓａｔｏｒ）が設けられうる。本発明の範囲において、ＤＣ／ＤＣコンデンサの本特徴は、本発明にかかる構成、駆動状態ごとに望まれる総電圧の調整、又は、１つ若しくは全てのＤＣ／ＤＣコンバータの停止も可能とする。特に有利に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、スイッチＳ３及びＳ４が閉鎖され、スイッチＳ１及びＳ２が開放されることで、停止される。
【００２２】
図４は、第１の実施形態と同様に構成され対応して機能する、本発明の第２の実施形態を示す。唯一の違いは、追加的に第２の分離スイッチ４５−１、４５−２、４５−３が挿入されたことであり、当該第２の分離スイッチは、バッテリモジュール４０−１、４０−２、・・・、４０−ｎの破損により、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１−１、４１−２、・・・、４１−ｎを先に記載したように停止する場合のために、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１−１、４１−２、・・・、４１−ｎ内の点線によって示されるＤＣ／ＤＣコンバータ４１−１、４１−２、・・・、４１−ｎの第２の入力口と第２の出力口との間の導電接続を遮断するものである。ここでは、第２の分離スイッチは好適に、例えば電力トランジスタのような高速スイッチとして構成され、好適に比較的遅い継電器として実現された第１の分離スイッチ４４−１、４４−２、・・・、４４−ｎのうちの１つが開放されず、又は十分に迅速に開放されない場合には、バッテリモジュール４０−１、４０−２、・・・、４０−ｎを分離しうる。第２の分離スイッチは、最終のＤＣ／ＤＣコンバータ４１−ｎのためには必要ではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリシステムのためのエネルギー変換器であって、前記エネルギー変換器は、それぞれが第１の入力口及び第２の入力口（３２−１、３２−２）並びに第１の出力口及び第２の出力口（３３−１、３３−２）を有する複数のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）を備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、４１−１）の前記第１の出力口（３３−１）は、前記エネルギー変換器の第１の出力口（２３−１、４３−１）と接続され、及び、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの最終コンバータ（２１−ｎ、４１−ｎ）の前記第２の出力口（３３−２）は、前記エネルギー変換器の第２の出力口（２３−２、４３−２）と接続され、前記第１の入力口及び第２の入力口（３２−１、３２−２）は、バッテリモジュール（２０−１、２０−２、２０−ｎ、３０、４０−１、４０−２、４０−ｎ）の接続のために構成され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）は出力側で直列に接続される、前記エネルギー変換器において、
複数の第１のダイオード（２２−２、２２−ｎ、４２−２、４２−ｎ）であって、前記複数の第１のダイオードのそれぞれが、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）のうちの１のＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１の入力口（３２−１）と接続された陽極、及び、他のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第２の入力口（３２−２）と接続された陰極を有し、従って、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）は入力側で直列に接続される、前記複数の第１のダイオードと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、４１−１）の前記第１の入力口（３２−１）と接続された陽極、及び、前記エネルギー変換器の前記第１の出力口（２３−１、４３−１）と接続された陰極を有する第２のダイオード（２２−１、４２−１）と、
を特徴とする、エネルギー変換器。
【請求項２】
複数の第１の分離スイッチ（２４−１、２４−２、２４−ｎ、４４−１、４４−２、４４−ｎ）であって、前記バッテリモジュール（２０−１、２０−２、２０−ｎ、３０、４０−１、４０−２、４０−ｎ）は、前記第１の分離スイッチ（２４−１、２４−２、２４−ｎ、４４−１、４４−２、４４−ｎ）のうちの各第１の分離スイッチを介して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）と接続可能である、前記複数の第１の分離スイッチを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー変換器。
【請求項３】
前記第１の分離スイッチ（２４−１、２４−２、２４−ｎ、４４−１、４４−２、４４−ｎ）は、継電器として実現される、請求項２に記載のエネルギー変換器。
【請求項４】
複数の第２の分離スイッチ（４５−１、４５−２、４５−３）であって、前記複数の第２の分離スイッチのうちの各第２の分離スイッチは、第１のダイオード（２２−２、２２−ｎ、４２−２、４２−ｎ）及び第２のダイオード（２２−１、４２−１）と直列に接続され、かつ、各ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の第１の出力口（３３−１）を、前記各ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第１の入力口（３２−１）から分離するように構成される、前記複数の第２の分離スイッチを特徴とする、請求項２又は３に記載のエネルギー変換器。
【請求項５】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）は、非絶縁型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、好適に昇圧型コンバータ／降圧型コンバータ、又は、バック−ブーストコンバータとして実現される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエネルギー変換器。
【請求項６】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）はそれぞれ、コイル（Ｌ１）と、第１〜第４のスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）と、前記第１〜第４のスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）の制御のためのコントローラと、を有し、前記第１のスイッチ（Ｓ１）は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の第１の入力口（３２−１）と、前記コイル（Ｌ１）の第１の端子と、を接続し、第２のスイッチ（Ｓ２）は、前記コイル（Ｌ１）の前記第１の端子と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第２の入力口（３２−２）と、を接続し、第３のスイッチ（Ｓ３）は、前記コイル（Ｌ１）の第２の端子と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第２の入力口（３２−２）と、を接続し、第４のスイッチ（Ｓ４）は、前記コイル（Ｌ１）の前記第２の端子と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第１の出力口（３３−１）と、を接続する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエネルギー変換器。
【請求項７】
各コントローラは、第１の制御信号のための第１の制御入力口を有し、前記第１の制御信号の受信に応じて、前記第３のスイッチ（Ｓ３）と前記第４のスイッチ（Ｓ４）の閉鎖により、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第１の出力口（３３−１）を、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第２の出力口（３３−２）と電気的に接続し、かつ、前記第１のスイッチ（Ｓ１）の開放により、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第１の入力口（３２−１）を分離するように構成される、請求項６に記載のエネルギー交換器。
【請求項８】
各コントローラは、第２の制御信号のための第２の制御入力口を有し、前記第２の制御信号の受信に応じて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第１の出力口と前記第２の出力口（３３−１、３３−２）との間の電圧を上げるように構成される、請求項６又は７に記載のエネルギー変換器。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のエネルギー変換器と、複数のバッテリモジュール（２０−１、２０−２、２０−ｎ、３０、４０−１、４０−２、４０−ｎ）と、を備えるバッテリシステムであって、前記複数のバッテリモジュールはそれぞれ、少なくとも１つのバッテリセル（３０−１、３０−２、・・・、３０−ｎ）を有し、自身のバッテリ端子が、前記エネルギー変換器のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第１の入力口及び前記第２の入力口（３２−１、３２−２）のうちの対応する入力口と着脱可能に接続される、バッテリシステム。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のエネルギー変換器を備えた車両。
【請求項１】
バッテリシステムのためのエネルギー変換器であって、前記エネルギー変換器は、それぞれが第１の入力口及び第２の入力口（３２−１、３２−２）並びに第１の出力口及び第２の出力口（３３−１、３３−２）を有する複数のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）を備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、４１−１）の前記第１の出力口（３３−１）は、前記エネルギー変換器の第１の出力口（２３−１、４３−１）と接続され、及び、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの最終コンバータ（２１−ｎ、４１−ｎ）の前記第２の出力口（３３−２）は、前記エネルギー変換器の第２の出力口（２３−２、４３−２）と接続され、前記第１の入力口及び第２の入力口（３２−１、３２−２）は、バッテリモジュール（２０−１、２０−２、２０−ｎ、３０、４０−１、４０−２、４０−ｎ）の接続のために構成され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）は出力側で直列に接続される、前記エネルギー変換器において、
複数の第１のダイオード（２２−２、２２−ｎ、４２−２、４２−ｎ）であって、前記複数の第１のダイオードのそれぞれが、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）のうちの１のＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１の入力口（３２−１）と接続された陽極、及び、他のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第２の入力口（３２−２）と接続された陰極を有し、従って、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）は入力側で直列に接続される、前記複数の第１のダイオードと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、４１−１）の前記第１の入力口（３２−１）と接続された陽極、及び、前記エネルギー変換器の前記第１の出力口（２３−１、４３−１）と接続された陰極を有する第２のダイオード（２２−１、４２−１）と、
を特徴とする、エネルギー変換器。
【請求項２】
複数の第１の分離スイッチ（２４−１、２４−２、２４−ｎ、４４−１、４４−２、４４−ｎ）であって、前記バッテリモジュール（２０−１、２０−２、２０−ｎ、３０、４０−１、４０−２、４０−ｎ）は、前記第１の分離スイッチ（２４−１、２４−２、２４−ｎ、４４−１、４４−２、４４−ｎ）のうちの各第１の分離スイッチを介して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）と接続可能である、前記複数の第１の分離スイッチを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー変換器。
【請求項３】
前記第１の分離スイッチ（２４−１、２４−２、２４−ｎ、４４−１、４４−２、４４−ｎ）は、継電器として実現される、請求項２に記載のエネルギー変換器。
【請求項４】
複数の第２の分離スイッチ（４５−１、４５−２、４５−３）であって、前記複数の第２の分離スイッチのうちの各第２の分離スイッチは、第１のダイオード（２２−２、２２−ｎ、４２−２、４２−ｎ）及び第２のダイオード（２２−１、４２−１）と直列に接続され、かつ、各ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の第１の出力口（３３−１）を、前記各ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第１の入力口（３２−１）から分離するように構成される、前記複数の第２の分離スイッチを特徴とする、請求項２又は３に記載のエネルギー変換器。
【請求項５】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）は、非絶縁型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、好適に昇圧型コンバータ／降圧型コンバータ、又は、バック−ブーストコンバータとして実現される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエネルギー変換器。
【請求項６】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）はそれぞれ、コイル（Ｌ１）と、第１〜第４のスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）と、前記第１〜第４のスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）の制御のためのコントローラと、を有し、前記第１のスイッチ（Ｓ１）は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の第１の入力口（３２−１）と、前記コイル（Ｌ１）の第１の端子と、を接続し、第２のスイッチ（Ｓ２）は、前記コイル（Ｌ１）の前記第１の端子と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第２の入力口（３２−２）と、を接続し、第３のスイッチ（Ｓ３）は、前記コイル（Ｌ１）の第２の端子と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第２の入力口（３２−２）と、を接続し、第４のスイッチ（Ｓ４）は、前記コイル（Ｌ１）の前記第２の端子と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第１の出力口（３３−１）と、を接続する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエネルギー変換器。
【請求項７】
各コントローラは、第１の制御信号のための第１の制御入力口を有し、前記第１の制御信号の受信に応じて、前記第３のスイッチ（Ｓ３）と前記第４のスイッチ（Ｓ４）の閉鎖により、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第１の出力口（３３−１）を、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第２の出力口（３３−２）と電気的に接続し、かつ、前記第１のスイッチ（Ｓ１）の開放により、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第１の入力口（３２−１）を分離するように構成される、請求項６に記載のエネルギー交換器。
【請求項８】
各コントローラは、第２の制御信号のための第２の制御入力口を有し、前記第２の制御信号の受信に応じて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第１の出力口と前記第２の出力口（３３−１、３３−２）との間の電圧を上げるように構成される、請求項６又は７に記載のエネルギー変換器。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のエネルギー変換器と、複数のバッテリモジュール（２０−１、２０−２、２０−ｎ、３０、４０−１、４０−２、４０−ｎ）と、を備えるバッテリシステムであって、前記複数のバッテリモジュールはそれぞれ、少なくとも１つのバッテリセル（３０−１、３０−２、・・・、３０−ｎ）を有し、自身のバッテリ端子が、前記エネルギー変換器のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１−１、２１−２、２１−ｎ、３１、４１−１、４１−２、４１−ｎ）の前記第１の入力口及び前記第２の入力口（３２−１、３２−２）のうちの対応する入力口と着脱可能に接続される、バッテリシステム。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のエネルギー変換器を備えた車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１２−５３３９７９（Ｐ２０１２−５３３９７９Ａ）
【公表日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２０９８１（Ｐ２０１２−５２０９８１）
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５８９７３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００９６９０
【国際公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（３１１０１７７２８）エス・ビー リモーティブ カンパニー リミテッド (9)
【出願人】（３１１０１７７４０）エス・ビー リモーティブ ジャーマニー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (9)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５８９７３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００９６９０
【国際公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（３１１０１７７２８）エス・ビー リモーティブ カンパニー リミテッド (9)
【出願人】（３１１０１７７４０）エス・ビー リモーティブ ジャーマニー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (9)
【Ｆターム（参考）】
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