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      電能存儲器系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號:11852431閱讀:361來源:國知局
      在本發(fā)明中涉及一種用于電流供應(yīng)器和電能存儲器系統(tǒng)的裝置。常規(guī)的能量存儲器系統(tǒng)(例如電池)提供非常有限的電特性,例如具有由電池設(shè)計和充電狀態(tài)預(yù)定的電壓的直流電壓,而本發(fā)明能夠在不需要分開的、電力電子的逆變器電路的情況下,在確定的界限內(nèi)(例如在最大電壓和最大電流的界限內(nèi))提供幾乎任意的電流和電壓曲線,例如正弦形。同時,本發(fā)明不僅能夠以幾乎任意的形式輸出和接收能量,并且能夠在遵守預(yù)定的充電特性例如確定的、時間上的電流曲線、電壓曲線或功率曲線(例如恒定的、隨確定曲線上升的或隨確定曲線下降的)的情況下對其所整合的電能存儲器例如電容器、電池、蓄電池以及類似物進(jìn)行充電。現(xiàn)有技術(shù)中的已有系統(tǒng),例如模塊式的多電平變換器M2C(US7,269,037;DE10103031)、模塊式的多電平變換器M2SPC(WO2012072197;DE102010052934;WO2012072168;WO2012072197;EP20110179321;DE20101052934;WO2013017186;DE102011108920)以及各種修改(例如US13/990,463;US14/235,812;DE102010008978;DE102009057288;US3,581,212)雖然可以與本發(fā)明類似地將多個單獨(dú)的電能存儲器動態(tài)地彼此組合,以便能夠以該系統(tǒng)的這些接線端處的幾乎任意的電流和電壓特性來實現(xiàn)能量輸出或能量接收。但是在這些已知的解決方案中,每個電能存儲器必須以一個自身的模塊來實現(xiàn)。這些彼此電連接的模塊的電開關(guān)器允許通過適當(dāng)?shù)募せ顏韯討B(tài)地改變整合到相應(yīng)的模塊中的這些電能存儲器的電氣互連,例如在不同模塊的電能存儲器的電串聯(lián)互連、不同模塊的電能存儲器的電并聯(lián)互連或至少一個模塊的電能存儲器的繞行(所謂的旁通)之間,由此使電流通過適當(dāng)激活這些電開關(guān)器而被引導(dǎo)繞過該電能存儲器,使得該電能存儲器不被接入到該電流回路中并且由此至少暫時地既不充電也不放電。然而為了正確運(yùn)行,每個模塊只能包含一個電能存儲器。多個電能存儲器在一個模塊中的組合不能校正在這些單獨(dú)的電能存儲器中的不均衡,這些不均衡例如由于老化過程或由于制造公差而產(chǎn)生。此外,也不能將不同的電能存儲器(例如一個電池和一個電容器)整合到一個模塊中。為每個單獨(dú)的電能存儲器設(shè)置自身模塊的必要性,由于必要的、額外的電子構(gòu)造元件(例如晶體管和流電學(xué)上斷開的例如光學(xué)的傳輸器)而引起高的成本并且由于大量的可控電開關(guān)器而需要進(jìn)行復(fù)雜地控制。此外,必須將大量的測量檢測器(例如用于模塊電壓和/或模塊電流)整合到該系統(tǒng)中。本發(fā)明通過適當(dāng)?shù)碾娐废诉@個缺陷,該電路可以被用作針對M2C、M2SPC和類似電路的微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。附圖說明圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的M2SPC的宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該M2SPC的宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述了多個單獨(dú)模塊的互連,這些模塊進(jìn)而通過微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被限定。圖2示出了三個示例性的微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),由此示出了來自現(xiàn)有技術(shù)的M2C技術(shù)的模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。多個電能存儲器或模塊存儲器(202,204,206)在多個電開關(guān)器之一中與兩個模塊端子(207,208),(209,210)和(211,212)如下地連接,使得該模塊存儲器(202,204,206)能夠在多種狀態(tài)下以不同方式與這兩個模塊端子(207,208),(209,210)和(211,212)導(dǎo)電地連接。所示的所有三個模塊至少具有旁通狀態(tài)和串聯(lián)狀態(tài)。在旁通狀態(tài)下,電流通過這些電開關(guān)器在該電模塊存儲器(202,204,206)處從一個模塊端子(207,209,211)如下地被引導(dǎo)至第二個模塊端子(208,210,212):該電模塊存儲器的兩個接線端中的僅最多一者與這些模塊端子中的任何一者導(dǎo)電地連接,而該電模塊存儲器(202,204,206)的另一個接線端通過電開關(guān)器與這些模塊端子斷開,使得該電模塊存儲器不參與具有這些模塊端子的電流回路并且既不放電也不充電。在串聯(lián)狀態(tài)下,該電模塊存儲器(202,204,206)的這兩個接線端中的一者通過這些電開關(guān)器與這兩個模塊端子(207,208),(209,210)和(211,212)中的一者導(dǎo)電地聯(lián)接;此外,該電模塊存儲器(202,204,206)的這兩個接線端中的另一者與這兩個模塊端子(207,208),(209,210)和(211,212)中的另一者導(dǎo)電地連接。由此,該電模塊存儲器在串聯(lián)狀態(tài)下在這兩個模塊端子之間導(dǎo)電地連接并且通過流動的電流或充電或放電。在此,在這兩個模塊端子之間的電壓對應(yīng)于該電模塊存儲器的電壓。除該電模塊存儲器外,這些模塊可以包含其他的電元件,例如此處通過黑色方框(201,202,203)指示的。圖3示出了M2SPC技術(shù)的三個示例性的微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。除已述狀態(tài)外,這些模塊還具有至少一種并聯(lián)狀態(tài),該并聯(lián)狀態(tài)能夠?qū)崿F(xiàn):通過適當(dāng)?shù)丶せ钸@些模塊的電開關(guān)器,使兩個不同模塊的這些電模塊存儲器彼此電并聯(lián)地連接。圖4示出了多個M2SPC模塊與一個變換器臂(Converter-Arm)的示例性的互連。圖5示出了本發(fā)明的一個實施方式。示例性地,選擇圖3中的這些M2SPC模塊之一作為出發(fā)點(diǎn)。在此,通過一個電存儲器單元(1817)來代替該電能存儲器(302),該電存儲器單元由至少兩個單獨(dú)存儲器(1806,1807,1808)和相關(guān)聯(lián)的校正元件(1809,1810,1811)組成。該電存儲器單元(1817)能夠以另外的模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被整合,例如US7,269,037;DE10103031;WO2012072197;DE102010052934;WO2012072168;WO2012072197;EP20110179321;DE20101052934;WO2013017186;DE102011108920;US13/990,463;US14/235,812;DE102010008978;DE102009057288;US3,581,212中的那些模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖6示出了這些校正元件(1809,1810,1811,1901)的實現(xiàn)方式。一個校正單元包括至少兩個電氣接線端(1902,1903)并且在滿足確定條件的情況下允許受控的電流流動。圖7示出了校正元件(1809,1810,1811,1901,2001,2005,2010,2016,2022)的其他實現(xiàn)方式。圖8示出了帶有至少一個校正單元(2116)的本發(fā)明的一個特別實施方式,該校正單元包括至少兩個校正元件。圖9示出了帶有至少一個校正單元(2216)的本發(fā)明的另一個特別實施方式,該校正單元包括至少兩個校正元件和至少兩個電壓傳感器,其中這些校正元件中的至少兩者分別與不同的電能存儲器電并聯(lián)地連接。圖10示出了帶有一個替代性校正單元(2336)的本發(fā)明的一個特別實施方式的模塊。圖11示出了帶有提供最大靈活性的多個替代性校正單元(2431-2442)的本發(fā)明的一個特別實施方式的模塊。圖12示出了本發(fā)明的另一個特別實施方式的模塊。圖13示出了帶有數(shù)量減少的替代性校正單元(2631,2636,2639)的本發(fā)明的一個特別實施方式的模塊。圖14示出了帶有多個雙向的電開關(guān)器的本發(fā)明的一個特別實施方式的模塊。具體實施方式本發(fā)明由多個模塊的組合電路組成,通過所謂的微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來描述這些模塊的電連接。在宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中這些模塊被組合連接成較大的單元。宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實例是所謂的馬夸特(Marquardt)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(例如參見US7,269,037和S.Goetz,A.Peterchev,T.Weyh(2015).具有串聯(lián)和并聯(lián)模塊連接的模塊化多電平變換器:拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與控制(ModularMultilevelConverterWithSeriesandParallelModuleConnectivity:TopologyandControl).IEEETransactionsonPowerElectronics,30(1):203-215.),該馬夸特拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在圖1中形成為用于M2SPC電路;或者簡單的、所謂的變換器臂,該變換器臂從至少兩個模塊的組合連接產(chǎn)生。在此,多個模塊通常如下地串聯(lián)連接:一個模塊的模塊接線端的一部分與另一個模塊的模塊接線端的一部分導(dǎo)電地連接(例如參見圖4)。圖4在不限制概念的情況下示出了一個宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),其中多個模塊通過其模塊接線端連接成一個鏈條,由此除了這兩個靠邊的模塊以外的每個模塊與正好兩個另外的模塊相連接。這些模塊能夠在該鏈條的這些末端之間產(chǎn)生任意的電壓形式,同時也可以通過多個模塊接線端的適當(dāng)電連接產(chǎn)生任意的、其他的宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如下宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是有利的,其中所有可能的兩模塊對要么直接地彼此電連接,要么分別與多個模塊的相同組件并且由此間接地電連接。在一個宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,也可以將不同的模塊類型(即不同的微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的模塊)組合。然而這些被組合的模塊應(yīng)具有至少兩種共同的狀態(tài)。這些模塊的狀態(tài)例如決定不同模塊的、相關(guān)聯(lián)的電能存儲器或電能存儲器單元如何通過適當(dāng)?shù)丶せ钸@些模塊的相關(guān)聯(lián)的電開關(guān)器彼此電連接。多個電能存儲器或電能存儲器單元的電互連(借助于適當(dāng)?shù)丶せ钤谶@些相關(guān)聯(lián)的模塊中的電開關(guān)器,電串聯(lián)、電并聯(lián)或電旁通等)被稱為連通性。通過使用快速的電開關(guān)器能夠動態(tài)地、非常快速地改變連通性。優(yōu)選能夠快于毫秒地實現(xiàn)連通性的動態(tài)改變,當(dāng)該連通性的動態(tài)改變小于5μs時,本發(fā)明是特別有利的。在下文中術(shù)語電能存儲器也包括電能存儲器單元。通過例如在一個馬夸特拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中(參見圖1)彼此電互連的多個模塊或一個簡單的串(通常被稱為變換器臂,其中用于外部電氣系統(tǒng)例如負(fù)荷、電源或電網(wǎng)的接線端大多位于該串的兩個末端處)的連通性的改變,可以動態(tài)地、任意地調(diào)整這些接線端(在圖1中,(125,126,129,130,131,132))處的電壓。電壓的調(diào)整可以分級地進(jìn)行,這些級與模塊電壓(即由這些模塊的電能存儲器提供的電壓)相對應(yīng);此外,通過在多個此類等級之間的快速變換還可以在這些接線端處的電壓中產(chǎn)生多個細(xì)分的中間級別。如已經(jīng)示出的,該系統(tǒng)可以在不同模塊的這些電能存儲器單元之間交換電荷,以便例如能夠?qū)崿F(xiàn)在所有電能存儲器單元和/或電能存儲器內(nèi)部的電荷平衡、能量逆變(Energieumrichtung)或能量轉(zhuǎn)換(Energieumformung)以及確定的負(fù)荷分配。本發(fā)明還提供如下可能性:用于將這些電能存儲器單元和/或電能存儲器動態(tài)地重新配置成由串聯(lián)電路組成的一個混合電路并且(依賴所使用的微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))重新配置成一個并聯(lián)電路。由于許多電能存儲器的相對高的內(nèi)部電阻和其有限的動力,串聯(lián)狀態(tài)對于以下各項是特別有利的特性:用于將電負(fù)荷分配至多個模塊或電能存儲器并且用于平衡多個單獨(dú)的電池單元的充電狀態(tài),以便提高該系統(tǒng)的整體效率。并聯(lián)狀態(tài)(由此在電能存儲器和/或電能存儲器單元之間的可能的并聯(lián)連通性)可以進(jìn)一步具有兩個優(yōu)點(diǎn)。該并聯(lián)狀態(tài)通過減小有效的內(nèi)部電阻而提高了系統(tǒng)的電流負(fù)荷能力。此外,在不必測量和監(jiān)測電參數(shù)(例如模塊電壓)的情況下,該并聯(lián)狀態(tài)提供了一種用于平衡多個單獨(dú)模塊的電荷的方法。由于本發(fā)明不需要關(guān)于這些模塊中的電荷流入和電荷流出的準(zhǔn)確信息,甚至可以在開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有閉合的控制環(huán)路的情況下提供該系統(tǒng)的平衡的狀態(tài)并且例如可以簡化整個系統(tǒng)中的電荷監(jiān)測。在特別的條件下有利的是,將多于一個電能存儲器整合到一個單獨(dú)模塊中。有利地,該多個電能存儲器能夠電串聯(lián)地連接,以便產(chǎn)生一個共用的、比單獨(dú)的電能存儲器的電壓更高的電壓。還可以有利的是:在此在一個模塊中組合的這些單獨(dú)電能存儲器不是相同類型的,或者在其工作行為或其特性(電壓、電容、可承受的最大電壓、溫度)方面至少輕微地彼此偏差。已經(jīng)通過在一個模塊中組合的這些單獨(dú)電能存儲器在所述參數(shù)之一中至少5%的偏差給出了彼此間的輕微偏差。有利的是,在一個模塊中組合的這些單獨(dú)的電能存儲器在所述參數(shù)之一中10%的偏差下給出了輕微偏差。與現(xiàn)有技術(shù)中的解決方案相比,本發(fā)明節(jié)省了多個元件和模塊、簡化了控制并且減小了損耗,這些損耗在具有大量單獨(dú)模塊的情況下在控制這些模塊時并且在從這些模塊和向這些模塊流電學(xué)斷開地傳輸信號時產(chǎn)生。在圖5中示出了一個根據(jù)本發(fā)明的、示例性的模塊。該模塊包含多個電能存儲器(1806,1807,1808),這些電能存儲器分別與一個相關(guān)聯(lián)的校正元件(1809,1810,1811)電并聯(lián)地連接。由電能存儲器單元和相關(guān)聯(lián)的校正元件組成的多個成對的單元電串聯(lián)地連接并且形成一個電存儲器單元(1817)。在一個電能存儲器單元(1817)中,這些單獨(dú)的電能存儲器不需要排他地串聯(lián)連接。每個單獨(dú)的電能存儲器還可以通過首先電并聯(lián)連接的其他電能存儲器而被增強(qiáng)。如已經(jīng)示出的,該電能存儲器單元(1817)還可以例如與圖2和圖3中的那些根據(jù)本發(fā)明的其他微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組合。在此,該電能存儲器單元代替或補(bǔ)充在微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的電能存儲器(例如(202,204,206,302,304,306))。此外,還可以將多個同類的或不同的電能存儲器單元彼此電并聯(lián)或電串聯(lián)地連接并且接著整合到一個模塊中。所產(chǎn)生的多個電能存儲器單元的組合進(jìn)而是在本發(fā)明意義上的一個電能存儲器單元。校正元件的典型安排是從與其并聯(lián)連接的電能存儲器中排放電荷(也稱為放電),以便減小在電能存儲器上的電壓壓力,其方式為,例如使在電能存儲器的這些接線端中的每一個上產(chǎn)生的峰值電壓保持在預(yù)定的界限之下;和/或以便限制電能存儲器的電負(fù)荷和/或以便限制電能存儲器的溫度。校正元件的控制和調(diào)節(jié)可以由分開的電子控制單元完成,該電子控制單元提供用于在該校正元件中的一個或多個電開關(guān)器和/或在該校正元件中的可控阻抗的信號;此外,校正元件的控制或調(diào)節(jié)還可以被動地進(jìn)行,也就是說,不需要分開的電氣控制單元,而是該校正元件的一個或多個元件的物理或化學(xué)特性(例如電阻器、阻抗或半導(dǎo)體的確定的溫度或電壓依賴性)導(dǎo)致對該校正元件的控制或調(diào)節(jié)。這些校正元件(1809,1810,1811)例如可以如在圖6和圖7中所示地實現(xiàn)。校正元件可以是具有電氣接線端(1902)和(1903)的電兩極。為了在電荷提取(Ladungsentnahme)的同時進(jìn)行電壓限制,例如可以使用以下電元件:(a)齊納二極管(1908)和電學(xué)上相似的元件,該電元件具有針對確定界限內(nèi)的電壓的低電阻;(b)抑制器二極管(1904);(c)依賴電壓的(通常非線性的)復(fù)雜的阻抗(即,具有電阻性和/或無功分量)(1905);(d)放電器(Arrestoren)(1909)或其他依賴電壓或溫度的阻抗,這些阻抗可以包含電阻性和/或無功分量;(e)電開關(guān)器或可控阻抗(尤其是,繼電器、場效晶體管、雙極晶體管以及其他可控的電阻器)(1911);(f)電開關(guān)器或與復(fù)雜的阻抗組合的可控阻抗(1912,1913),這些可控阻抗可以具有電阻性和/或無功分量并且可以是非線性的??煽刈杩沟膶嵗牵弘婇_關(guān)器和半導(dǎo)體元件,這些電開關(guān)器和半導(dǎo)體元件不是作為開關(guān)器(即,僅具有兩種狀態(tài):一種閉合的、導(dǎo)電良好的狀態(tài)[小于1Ω的有效電阻,有利地小于0.1Ω的有效電阻]和一種斷開的、導(dǎo)電不好的狀態(tài)[大于1000Ω的有效電阻,有利地大于1000000Ω的有效電阻])被操作而是在其電阻范圍內(nèi)在其間被操作;或在多個電阻器或阻抗之間切換的開關(guān)器;以及可控的齊納二極管(所謂的可調(diào)節(jié)齊納二極管(adjustableZenerdiodes))。針對包含一個電開關(guān)器或一個可控阻抗(1911,1912/1913)的解決方案,控制單元可以提供控制信號和/或?qū)嵤╅]環(huán)調(diào)節(jié)或開環(huán)控制。被動的解決方案(即尤其不需要分離的測量、監(jiān)測和/或控制單元的解決方案)具有顯著的優(yōu)點(diǎn),減少了成本并且限制了復(fù)雜性。圖7示出了幾個實施方式,這些實施方式實現(xiàn)使開關(guān)器或可控阻抗與如下器件共同作用,這些器件能夠控制這些開關(guān)器或可控阻抗并且例如可以限制作為能量存儲器單元一部分的、一個或多個確定的能量存儲器的電壓。電壓限制器(2001)可以作為開關(guān)器或可控阻抗實現(xiàn),在此形成為場效晶體管(2002)、電阻器(2004)以及齊納二極管(替代性地,也可以是電壓抑制器、放電器或類似物)(2003)。晶體管的門電壓由電壓Vs控制,該電壓比與校正元件相關(guān)聯(lián)的能量存儲器的電壓小一個確定的電壓級,該電壓級由元件(2003)確定。通過適當(dāng)?shù)剡x擇晶體管的閾值電壓Vt和元件(2003)的擊穿電壓Vs可以將該能量存儲器的最大電壓限制到約為Vt+Vs。與開關(guān)器或可控阻抗(20029反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管可以防止基于無功電流的電壓峰值。同樣可以通過一個傳統(tǒng)的電阻器代替元件(2003)。此外如在(2005)中示出的,可以將阻抗(2006)加入到該電開關(guān)器或可控阻抗(2007)的電流路徑中。在(2010)和(2016)中,該電開關(guān)器或可控阻抗實施為雙極晶體管(2012、2018);在(2022)中,該電開關(guān)器或可控阻抗實施為可控的齊納二極管(也被稱為可調(diào)節(jié)齊納二極管)(2024),該可控的齊納二極管允許通過至少一個控制輸入來改變其擊穿電壓并且從多個生產(chǎn)商可商購。阻抗(2006,2011,2017,2023)是任選的并且可以接近或等于零。門電阻、基極電阻以及相似的輸入端電阻(2013,2019,2025)同樣可以接近或等于零。同一模塊的至少兩個電能存儲器(2113,2114,2115;2213,2214,2215)(這些校正元件分別包括例如至少一個晶體管并且優(yōu)選地還分別包括至少一個阻抗)的校正元件可以一起形成一個校正單元(2116;2216)(例如參見圖8和圖9)。優(yōu)選地,一個校正單元還包括至少兩個電壓傳感器(參見圖9)。一個此類的電壓傳感器既可以測量單獨(dú)的電能存儲器的電壓,也可以測量例如串聯(lián)或并聯(lián)的多個電能存儲器的電組合。此外,該至少兩個電壓傳感器還可以形成為具有多路復(fù)用器的單獨(dú)電壓傳感器。在本發(fā)明的意義上,由于相似的行為,將多路復(fù)用器和傳感器的此類組合解釋為多個傳感器。在本發(fā)明的一個特別實施方式中,至少各一個校正單元和至少各一個電壓傳感器分別與至少兩個模塊的至少兩個電能存儲器電并聯(lián)地連接。在本發(fā)明的另一個實施方式中,一個校正單元包括至少一個電流傳感器,該電流傳感器測量流入該相關(guān)聯(lián)的模塊的至少一個電能存儲器中的或從其中流出的電流。如圖10示出的,校正元件可以替代性地包括一個電開關(guān)器(2336),該電開關(guān)器在激活至少兩個電能存儲器(2314,2315)的連接節(jié)點(diǎn)(2324)的情況下與模塊端子(2310)導(dǎo)電地連接。以此方式,可以使在所述連接節(jié)點(diǎn)(2324)與正的模塊匯流排(2361)之間的電能存儲器以及在所述連接節(jié)點(diǎn)(2324)與負(fù)的模塊匯流排(2362)之間的電能存儲器以不同強(qiáng)度放電或充電,其方式為:將流動經(jīng)過這個或這些模塊端子的電流(該電流例如源自一個其他模塊或電負(fù)荷)部分地或完全地通過電開關(guān)器(2336)引入或引出所述連接節(jié)點(diǎn)(2324)。由此,可以使不同的電荷狀態(tài)平衡并且同樣可以使整合到一個模塊中的電能存儲器的開篇所述的物理和/或化學(xué)差異平衡。如在圖11中示例性地針對具有四個模塊端子(2409,2410,2411,2412)的模塊所示的,這些校正元件可以如下地實施:至少兩個電能存儲器的每個連接節(jié)點(diǎn)(2423,2424,2425)(該連接節(jié)點(diǎn)不是直接與正的模塊匯流排(2461)或負(fù)的模塊匯流排(2462)相同)分別通過至少一個電開關(guān)器(2431-2442)與這些模塊端子(2409-2412)中的每一個至少暫時導(dǎo)電地連接。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠看出的:針對具有僅兩個用于此情況的模塊端子(2509,2511)的模塊(如在圖12中所示的),相對應(yīng)地需要更少的電開關(guān)器(2531,2533,2535,2537,2539,2541);針對更多數(shù)量的模塊端子,該數(shù)量對應(yīng)地增加。發(fā)明人還已經(jīng)看出,在至少兩個電能存儲器的每個連接節(jié)點(diǎn)(該連接節(jié)點(diǎn)同時不與匯流排相對應(yīng))與每個模塊端子之間提供一個專用的電開關(guān)器雖然提供廣泛的靈活性,但是對于確保模塊的電能存儲器的獨(dú)立充電和放電是不必要的。從上述變體中可以部分地省去所有電開關(guān)器的一半以上,這些變體提供了連接節(jié)點(diǎn)與模塊端子之間的廣泛的、可切換的電連接。如下實施方式是優(yōu)選的,其中至少兩個電能存儲器的每個連接節(jié)點(diǎn)(該連接節(jié)點(diǎn)同時不與匯流排相對應(yīng)—該匯流排自身已經(jīng)可以通過電開關(guān)器與模塊端子至少暫時導(dǎo)電地連接)可以通過至少一個電開關(guān)器與至少一個任意的模塊端子至少暫時導(dǎo)電地連接。為了避免大量的開關(guān)器,也可以使至少兩個電能存儲器的僅一部分連接節(jié)點(diǎn)通過電開關(guān)器與至少一個模塊端子導(dǎo)電地連接。圖13示出了一個隨機(jī)選擇的實施方式,其中至少兩個電能存儲器(2613,2614,2615)的至少三個連接節(jié)點(diǎn)、優(yōu)選每個連接節(jié)點(diǎn)可以通過至少一個電開關(guān)器(2631,2636,2639)與至少一個模塊端子(2609,2610)至少暫時導(dǎo)電地連接。在圖13中,這些電開關(guān)器示例性地與不同的模塊端子(2609,2610)相連接,以展示在所示三個連接節(jié)點(diǎn)中的兩個的可能組合方面的靈活性。此外,至少一個電能存儲器(2613,2614,2615)可以各自具有至少一個電壓傳感器(2651,2652,2653)。優(yōu)選地,至少一個電壓傳感器與一個模塊的每個電能存儲器電并聯(lián)地連接。一個此類的電壓傳感器既可以測量單獨(dú)的電能存儲器的電壓,也可以測量例如串聯(lián)或并聯(lián)的多個電能存儲器的電組合。由于僅非常小的平衡電流必須通過所述電開關(guān)器在至少兩個電能存儲器與至少一個模塊端子之間流動,這些電開關(guān)器可以實施為非常成本有效的。隨著開關(guān)速度的提高和與之相關(guān)聯(lián)的、電能存儲器的不均勻放電或充電的快速平衡,所述電開關(guān)器的載流能力可以進(jìn)一步減小。根據(jù)開關(guān)器在至少兩個電能存儲器的連接節(jié)點(diǎn)處的連接位置,所述電開關(guān)器的必要的電壓耐受性小于模塊電壓。最高電壓例如僅僅是模塊電壓的大約僅一半,該最高電壓是在電壓相等的四個電存儲器的串聯(lián)電路的中間連接節(jié)點(diǎn)與模塊端子之間的電開關(guān)器。在至少兩個電能存儲器的連接節(jié)點(diǎn)與模塊端子之間的這些電開關(guān)器可以實施為機(jī)械的電開關(guān)器。所述開關(guān)器優(yōu)選是半導(dǎo)體開關(guān)器,這些半導(dǎo)體開關(guān)器除簡單地激活并去激活電導(dǎo)線外還能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)調(diào)制,例如脈沖寬度調(diào)制(PWM),以便調(diào)節(jié)電壓或電流流動;并且由此在這些模塊端子處的負(fù)荷電流高的情況下仍能夠?qū)崿F(xiàn)小的平衡電流,用以平衡這些電能存儲器的不同的充電或放電。尤其半導(dǎo)體開關(guān)器既可以作為僅單向地切換電流的開關(guān)器實現(xiàn),也可以作為還可以雙向地切換電流的開關(guān)器實現(xiàn)。圖14示例性地示出了能夠雙向地切換電流的三個電開關(guān)器(2731,2736,2739)。雙向開關(guān)器提供如下優(yōu)點(diǎn):可以在兩個方向上并且由此在該模塊的電能存儲器的電源工作和充電工作中控制電流。包括多個電開關(guān)器(這些電開關(guān)器可以使至少兩個電能存儲器的連接節(jié)點(diǎn)與至少一個模塊端子暫時導(dǎo)電地連接,參見圖10至圖14)的校正元件同安排為與單獨(dú)的電能存儲器并聯(lián)或與多個電能存儲器例如串聯(lián)或并聯(lián)的組合(參見圖5至圖9)的校正元件的組合能夠具有特別的優(yōu)點(diǎn)。前面這些校正元件例如能夠使單獨(dú)的電能存儲器比其他電能存儲器更強(qiáng)地充電,但是根據(jù)使用的構(gòu)造元件可能產(chǎn)生較高的生產(chǎn)成本;而后面這些校正元件首先能夠強(qiáng)制放電并且同時可以價格低廉地進(jìn)行生產(chǎn)。其組合可以組合二者的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的一個實施方式包含多個彼此電連接的類似模塊(101-124),這些模塊分別包括至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或至少一個電能存儲器單元(1817)以及至少一個電開關(guān)器(213-317,318-328;1801,1802,1803,1804,1812,1813,1814,1815),該電路以如下方式設(shè)置至少一個模塊(101-124)具有一個電能存儲器單元(1817),該電能存儲器單元具有至少兩個電串聯(lián)連接的電能存儲器(1806,1807,1808),其中這些電能存儲器(1806,1807,1808)中的每個具有一個電并聯(lián)連接的校正元件(1809,1810,1811),該校正元件能夠分別將電荷從該電并聯(lián)連接的能量存儲器(1806,1807,1808)導(dǎo)出和/或?qū)?,其中?dāng)該多個模塊能夠通過分別適當(dāng)?shù)丶せ钪辽僖粋€電開關(guān)器(213-317,318-328;1801,1802,1803,1804,1812,1813,1814,1815)形成以下三種狀態(tài)中的至少兩者時,該多個模塊被視為類似的:一個模塊的該至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或該至少一個電能存儲器單元(1817)與另一個模塊的該至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或該至少一個電能存儲器單元(1817)串聯(lián)連接;一個模塊的該至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或該至少一個電能存儲器單元(1817)與另一個模塊的該至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或該至少一個電能存儲器單元(1817)并聯(lián)連接;一個模塊的該至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或該至少一個電能存儲器單元(1817)以如下方式被繞過:一個模塊的該至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或該至少一個電能存儲器單元(1817)僅以該模塊的至少兩個電觸點(diǎn)中的至多一者與另一個模塊的至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或至少一個電能存儲器單元(1817)導(dǎo)電地連接并且與另一個模塊的至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或至少一個電能存儲器單元(1817)不存在閉合的電回路。本發(fā)明的一個替代性地實施方式包含多個彼此電連接的類似模塊(101-124),這些模塊分別包括至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或至少一個電能存儲器單元(1817)以及至少兩個電開關(guān)器(213-317,318-328;1801,1802,1803,1804,1812,1813,1814,1815),這些電開關(guān)器能夠?qū)崿F(xiàn)該至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或該至少一個能量存儲器單元(1817)相對于其他模塊的這些能量存儲器(202,204,206,302,304,306)或能量存儲器單元(1817)的連通性的轉(zhuǎn)換,該電路以如下方式設(shè)置:至少一個模塊(101-124)包括一個電能存儲器單元(1817),該電能存儲器單元包括至少兩個電串聯(lián)連接的電能存儲器(1806,1807,1808),其中這些電能存儲器(1806,1807,1808)中的每個具有一個校正元件(1809,1810,1811;2336;2431-2442;2531,2535,2539;2631,2636,2639),該校正元件能夠如下地將電荷從該能量存儲器單元(1817)導(dǎo)出和/或?qū)氲皆撃芰看鎯ζ鲉卧?1817)中,使得該能量存儲器單元(1817)的這些電能存儲器的一部分被加載的電流小于該能量存儲器單元(1817)的其他電能存儲器被加載的電流,其中當(dāng)這些模塊能夠通過分別適當(dāng)?shù)丶せ钪辽賰蓚€電開關(guān)器(213-317,318-328;1801,1802,1803,1804,1812,1813,1814,1815)形成至少以下開關(guān)狀態(tài)時,該多個模塊被視為類似的:一個模塊的該至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或該至少一個電能存儲器單元(1817)與另一個模塊的該至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或該至少一個電能存儲器單元(1817)串聯(lián)連接;一個模塊的該至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或該至少一個電能存儲器單元(1817)以如下方式被繞過:該模塊的該至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或該至少一個電能存儲器單元(1817)僅以該模塊的至少兩個電觸點(diǎn)中的至多一者與另一個模塊的至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或至少一個電能存儲器單元(1817)導(dǎo)電地連接并且與另一個模塊的至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或至少一個電能存儲器單元(1817)不存在閉合的電回路。優(yōu)選地,至少兩個模塊還額外地允許一個開關(guān)狀態(tài),其中一個模塊的該至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或該至少一個電能存儲器單元(1817)與另一個模塊的該至少一個電能存儲器(202,204,206,302,304,306)或該至少一個電能存儲器單元(1817)并聯(lián)連接。在一個優(yōu)選的實施方式中,至少一個校正元件(1809,1810,1811)實施為與至少一個電能存儲器(1806,1807,1808)電并聯(lián)。在另一個優(yōu)選的實施方式中,至少一個校正元件具有至少一個電開關(guān)器,該電開關(guān)器能夠使至少兩個電能存儲器的至少一個連接節(jié)點(diǎn)與至少一個模塊端子暫時導(dǎo)電地連接。在另一個優(yōu)選的實施方式中,這些校正元件(1809,1810,1811)中的至少一者將與其電并聯(lián)連接的至少一個能量存儲器(1806,1807,1808)的電壓限制到一個預(yù)定的范圍內(nèi)。針對所述電壓限制,本發(fā)明可以例如包括一個依賴電壓和/或依賴溫度的阻抗。在另一個優(yōu)選的實施方式中,這些校正元件中的至少一者具有至少一個可電控的元件(1907,1911,1913,2002,2007,2011,2018,2024)和至少一個阻抗(1905,1912,2006,2011,2017),其中該至少一個可電控的元件(1907,1911,1913,2002,2007,2011,2018,2024)作為電開關(guān)器實施為具有至少兩種狀態(tài):一種導(dǎo)電良好的狀態(tài)和一種導(dǎo)電不好的狀態(tài)。在一個特別優(yōu)選的實施方式中,該至少一個可電控的元件(1907,1911,1913,2002,2007,2011,2018,2024)實施為可電控的阻抗。在另一個優(yōu)選的實施方式中,通過一個電子控制單元來控制該至少一個可電控的元件(1907,1911,1913,2002,2007,2011,2018,2024)。在一個替代性的實施方式中,該至少一個可電控的元件(1907,1911,1913,2002,2007,2011,2018,2024)通過如下電路被控制,該電路包含至少一個阻抗元件,該阻抗元件由于外部的物理或化學(xué)作用而改變其阻抗。在一個特別優(yōu)選的實施方式中,該至少一個阻抗元件(該阻抗元件由于外部的物理或化學(xué)作用而改變其阻抗)具有依賴電壓或依賴溫度的阻抗。在另一個優(yōu)選的實施方式中,該電子控制單元與至少一個電壓傳感器的至少一條輸出線相連接,該電子控制單元控制或調(diào)節(jié)一個電能存儲器單元(1817)的至少一個校正元件(1809,1810,1811),該電壓傳感器檢測相關(guān)聯(lián)的電能存儲器單元(1817)的至少一個電能存儲器(1806,1807,1808)的電壓。在另一個優(yōu)選的實施方式中,該電子控制單元與至少一個溫度傳感器的至少一條輸出線相連接,該電子控制單元控制或調(diào)節(jié)一個電能存儲器單元(1817)的至少一個校正元件(1809,1810,1811),該溫度傳感器檢測相關(guān)聯(lián)的電能存儲器單元(1817)的至少一個電能存儲器(1806,1807,1808)的溫度。當(dāng)前第1頁1 2 3 
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