具有多個安置在多個蓄電池組中的蓄電池模塊的蓄電池的制作方法與工藝

本發明涉及一種蓄電池，其具有多個安置在多個蓄電池組中的蓄電池模塊，能夠借助于控制裝置選擇性地激活或去激活蓄電池模塊，其中，在激活狀態各個蓄電池模塊的蓄電池模塊電壓形成了蓄電池的相應的蓄電池組的輸出電壓。此外，本發明涉及一種用于驅動蓄電池的相應的方法。此外，本發明涉及一種具有蓄電池的車輛。

背景技術：
在將來，無論在靜態的應用，例如風力發電設備，車輛(例如混合動力和電動車輛)中，還是在消費品領域(例如筆記本和移動電話)中，將應用更多的新的蓄電池，對此在可靠性、安全性、性能和使用壽命方面都提出了非常高的要求。利用鋰離子技術的蓄電池尤其適用于這種任務。此外，其以高的能量密度和非常小的自身放電而見長。在申請人的先前的發明中，提出了一種如何能夠將鋰離子蓄電池合理地劃分成模塊的方法，該些模塊隨后連接至各個組，該些組隨后直接控制電機。在文獻DE102010027864A1中公開了模塊化構造的蓄電池的例子。在下文中將借助于圖1來示例性地詳細地描述相應的原理。參照圖1，蓄電池100具有多個帶有蓄電池模塊102的蓄電池組101。每個蓄電池模塊102具有一個或多個蓄電池單元103，其中，在附圖中每個蓄電池模塊102僅示出具有一個蓄電池單元103。此外，每個蓄電池模塊102分別具有兩個開關104、105，其中根據開關104、 104的開關位置能夠激活或去激活各個蓄電池模塊102。在激活狀態，各個接通的或激活的蓄電池模塊102的蓄電池模塊電壓形成相應的蓄電池組101的輸出電壓，該輸出電壓在連接端106處可供使用。相反地，在去激活狀態，蓄電池模塊102從蓄電池組101去耦，并被電導通地跨接。圖1的這種裝置的優點在于，由此能夠可變地調節蓄電池電壓。例如，在將蓄電池組101足夠精細地劃分為多個蓄電池模塊102的情況下并且在具有適合的控制裝置的情況下，能夠在端子106處調節蓄電池電壓的正弦形成的曲線，該曲線相互移相。由此，能夠控制(三相)電機107，而無需特定的連接在中間的逆變器。此外，在先前的發明中，申請人提出了一種蓄電池，其中，單個蓄電池模塊被連接至DC/DC變換器。在圖2中，示例性地示出了這種裝置，其中分別圍繞DC/DC變換器的次級的部分電路207補充示出的蓄電池模塊102的電路。DC/DC變換器優選地構造為反激變換器(Flyback)。次級的部分電路207分別具有二極管201和次級線圈202。蓄電池200的原級側的部分電路206具有原級線圈204和開關205。此外，能夠借助于線圈鐵芯203在蓄電池模塊202與原級側的部分電路206之間實現電隔離。示出的電路拓撲的優點在于，實現了從12V-電網向蓄電池模塊202的充電，或根據DC/DC變換器的配置，從220V的家庭電網向蓄電池模塊202的充電。然而，根據圖2的電路拓撲具有較高的布線損耗，并且因此導致了較高的成本，因為每個蓄電池模塊102必須與DC/DC變換器上的分離的次級線圈202接線。此外，在蓄電池200中，還通過在產生期望的AC-輸出電壓的期間根據單個蓄電池模塊102的性能來接通單個蓄電池模塊102的不同的時間段來實現在驅動中的在蓄電池模塊102與各個蓄電池組101之間的高效的平衡。然而，這種方法不能夠在停止狀態或例如在充電期間使用。

技術實現要素：
依據本發明，提出了一種蓄電池和用于驅動所述蓄電池的方法。依據本發明的蓄電池具有多個安置在多個蓄電池組中的蓄電池模塊，能夠借助于控制裝置選擇性地激活或去激活所述多個蓄電池模塊。在激活狀態各個蓄電池模塊的蓄電池模塊電壓形成了所述蓄電池的相應的蓄電池組的輸出電壓。此外，所述蓄電池包括與所述蓄電池組耦合的開關變換器拓撲(Schaltwandlertopologie)，其被構造為選擇性地產生流入所述多個蓄電池組中的一個或多個蓄電池組的電流。依據本發明的方法基本上包括如下步驟，其中通過控制相應的蓄電池模塊以適合的方式如此調節或保持多個蓄電池組的輸出電壓，以便借助于所述開關變換器拓撲向預先確定的蓄電池組的選擇提供電流，所述選擇包括一個或多個蓄電池組。根據本發明的另一方面，公開了一種機動車，其具有電機和依據本發明的蓄電池，其中，所述蓄電池被安置在所述電機的動力總成系統中。本發明的優點在于，其能夠實現，在同時較小的布線損耗的情況下，以靈活的方式向蓄電池組提供電流，例如為蓄電池組中的一個或多個或所有的蓄電池組的蓄電池模塊充電。在本發明優選的改進方案中，此外如此構造開關變換器拓撲，以便從蓄電池組中提取電流。所述開關變換器拓撲優選地具有反激變換器。在本發明優選的實施形式中，如此地將開關變換器拓撲集成在蓄電池中，以便能夠疊加于流入蓄電池端子的蓄電池電流地產生流入所述多個蓄電池組中的一個或多個蓄電池組的電流。此外，優選地，各個蓄電池組通過具有二極管的裝置相互連接。通過這種有利的實施形式，能夠例如將以特別簡單的方式實現在例如構造為反激變換器的開關變換器拓撲的鐵芯中存儲的能量僅輸出至具有最低的電壓的蓄電池組。在特別有利的實施方式中，對于每個蓄電池組，分別將至少一個二極管安置在所述開關變換器拓撲的次級線圈與所述各個蓄電池 組的連接端之間。在依據本發明的方法的改進方案中，有針對性地選擇應當充電的蓄電池組。在此通過將其他的蓄電池組中存在的所有的蓄電池模塊激活來將其他的蓄電池組調節至較高的輸出電壓，在總共三個蓄電池組的情況下，即兩個其他的蓄電池組。同時，在待充電的蓄電池組中，去激活或去耦或跨接蓄電池模塊中的一個或多個蓄電池模塊。此外，優選地，對于每個蓄電池組，分別將至少一個二極管安置在所述開關變換器拓撲的原級線圈與所述各個蓄電池組的連接端之間。由此，有利地以簡單的方式實現了，能夠從蓄電池組中提取能量，并且傳輸至另一蓄電池組。在本發明的特別有利的實施形式中，對于每個蓄電池組，將所述開關變換器拓撲的原級側和次級側分別與所述各個蓄電池組的相同的連接端連接。依據本發明的方法能夠有利地具有如下步驟，其中，借助于所述開關變換器拓撲來充電所述預先確定的蓄電池組和/或如此調節或保持多個蓄電池組的輸出電壓，以便借助于所述開關變換器拓撲來實現所述蓄電池模塊的均衡，其中借助于一個或多個實際上沒有被提供電流的蓄電池組來實現對所述開關變換器拓撲的原級側的供電。能夠因此如此布置本發明，以便能夠從一個蓄電池組中提取能量，并且能夠將其傳輸至另一蓄電池組。為了實現其，例如三個蓄電池組通過上述提及的二極管裝置相互連接，以便在開關變換器拓撲的原級側總是存在電壓，該電壓屬于具有最高的輸出電壓的蓄電池組。因為次級側能夠同樣通過二極管與蓄電池組連接，因此可以實現在變換期間在鐵芯中存儲的能量總是傳輸至具有最低的輸出電壓的蓄電池組。因此，能夠保證具有最高的輸出電壓的蓄電池組的能量能夠傳輸至具有最低的輸出電壓的蓄電池組。依據本發明，還能夠通過針對性地接通或跨接單個蓄電池模塊來如此選擇蓄電池模塊的輸出電壓，以便實現在期望的方向上的能量流。優選地，開關變換器拓撲具有電隔離。因此，有利地在開關變換器拓撲的原級側和次級側之間實現了電隔離。尤其地，能夠以這種方式將蓄電池模塊電地從原級側去耦。在一個實施形式中，原級側還能夠與功率系數-校正級(Leistungsfaktor-Korrekturstufe)耦合。本發明能夠尤其應用在這種類型的蓄電池模塊中，其包括兩個開關，分別被如此地安置，以便在開關的第一開關位置激活各個蓄電池模塊，并且在開關的第二開關位置去激活各個蓄電池模塊。蓄電池優選地是鋰離子蓄電池。在優選的實施方式和說明書中給出了本發明的有利的改進方案。附圖說明根據附圖和隨后的描述對本發明的各實施例進一步進行闡明。其中：圖1示出了根據現有技術的具有三個蓄電池組的蓄電池，蓄電池組具有可選擇性地激活或去激活的蓄電池模塊，并且蓄電池組與三相電機的連接端耦合；圖2示出了具有集成的開關變換器拓撲的蓄電池，其中蓄電池組的每個蓄電池模塊配備了開關變換器拓撲的次級側；圖3示出了根據本發明的第一個實施例的具有集成的開關變換器拓撲的蓄電池；以及圖4示出了根據本發明的第二個實施例的具有集成的開關變換器拓撲的蓄電池。具體實施方式在圖3中，示出了根據本發明的第一個實施例的具有集成的開關變換器拓撲305的蓄電池300。如圖3所示，將借助于并非位于每個蓄電池模塊102上的(而是借助于位于各個蓄電池組101上的)開 關變換器拓撲305來應用對蓄電池模塊103的供電的原理。蓄電池組101的正輸出分別與開關變換器拓撲的次級側304連接。開關變換器拓撲305優選地被構造為反激變換器，并且此外，生動地而言，雖然僅具有一個次級線圈303，但是相應于三個蓄電池組101次級側被翻了三倍。然而，對于每個蓄電池組101分別存在一個二極管301，其用作開關變換器拓撲305的輸出二極管，并且該二極管以朝向各個蓄電池組101的方向以導通的方向連接。此外，蓄電池組101的輸出(其分別與開關變換器拓撲305耦合)分別與蓄電池300的三個端子106中的一個端子連接。開關變換器拓撲305的原級側206具有原級線圈204以及開關205，并且能夠借助于連接端從外部被提供能量，該能量通過電隔離302傳輸至次級側303。由于二極管301的裝置，該能量將僅被輸出至具有最低的電壓的蓄電池組101。在該實施方式的特別有利的變形中，通過將兩個其他的蓄電池組101調節至相對較高的輸出電壓來有針對性地選擇實際上應當充電的蓄電池組101。這能夠通過接通其他的蓄電池組101的所有的存在的蓄電池模塊102來實現，其中，待充電的蓄電池組101被調節至最低的輸出電壓，例如通過去激活蓄電池模塊102。在圖4中，示出了根據本發明的第二個實施例的包括開關變換器拓撲305的蓄電池400。根據圖4示出的裝置，如此使用開關變換器拓撲305或DC/DC變換器，以便其能夠從蓄電池組101中提取能量，并且傳輸至另一蓄電池組101。為了實現這，三個蓄電池組101通過具有二極管401的電路裝置相互連接，以便在開關變換器拓撲305的原級側206上總是存在電壓，該電壓屬于具有最高的輸出電壓的蓄電池組。此外，次級側304同樣地通過二極管301與三個蓄電池組101連接，其中，在變換期間在開關變換器拓撲305的鐵芯中存儲的能量總是傳輸至具有最低的輸出電壓的蓄電池組101。以這種方式，能夠有利地保證能量從具有最高的輸出電壓的蓄電池組101傳輸至具有最低的輸出電壓的蓄電池組101。在有利的用于驅動蓄電池400的方法中，通過針對性地接通和 跨接單個蓄電池模塊102來如此選擇蓄電池組101的輸出電壓，以便實現在期望的方向上的能量流。