[发明专利]具有汇流排矩阵的电气供能设备及其运行方法

说明书

本发明涉及电气供能设备(10)，其包括多个使用单元(12)，其中的每个设置成，产生或暂存电能。本发明设定，供能设备(10)同时通过汇流排装置(18)与多个外部构件实施能量交换(E)，且在供能设备(18)中将使用单元(12)分配到支路(11)，且支路(11)的每个支路端部(11’)经由相应的能电分离的开关单元(15)与汇流排装置(18)连接，且控制装置(19)设置成，对于如下情况：即多个外部构件(KFZ)连接到汇流排装置(18)的汇流排(18’)中的不同汇流排上，为了能量交换(E)将外部构件与支路(11)中的分别至少一个通过相应的支路(11)的开关单元(15)的开关进行连接，且在此保持各外部构件相互之间电分离。

技术领域

本发明涉及一种包括多个使用单元的供能设备。供能设备可以是例如静态电池蓄能器或用于电动车的车辆用电池。相应地，使用单元可各自通过电池单体模块形成。供能设备可以具有汇流排矩阵，使用单元可以经由汇流排矩阵可选择地与连接到供能设备上的设备或连接的能量源电连接，用以实施能量交换。本发明也包括一种用于运行供能设备的方法。

背景技术

这种类型的供能设备例如由文献US 7,087,327B2已知。其中描述如下：供能设备可以具有由燃料电池堆组成的串联电路，燃料电池堆可以总体地提供用于连接到供能设备上的设备的电压。每个燃料电池堆可以在串联电路中单个地通过二极管桥接，从而该燃料电池堆在故障时不阻碍或关闭整个供能设备。在串联电路中存在替代燃料电池堆，以便在一个燃料电池堆失效的情况下也还可以提供电压。替代燃料电池堆如此长地保持未使用，直至由于另一燃料电池堆的故障而需要该替代燃料电池堆。为了提供较大的运行电流，所述串联电路中的多个可并联连接。为了调节作为燃料电池堆的确定的开关情况设有开关。在该设置中不利的是，基于必要的自由可设置性仅仅可以实现在每个单个的燃料电池堆内输出电流强度的控制，这使得供能设备在制造中高成本。

由文献US 2006/0092583 A1已知包括多个以蓄能器元件形式的使用单元的另一供能设备。各个蓄能器元件同样可借助于多个开关组合为不同的开关情况。没有规定在各个蓄能器元件之间的电分离。

发明内容

本发明的任务在于，提供可变地设置的用于与多个设备和/或能量源的能量交换的电气供能设备。

该任务通过独立权利要求的主题解决。本发明有利的改进通过从属权利要求、以下说明以及附图描述。

通过本发明提供一种其中设有多个使用单元的电气供能设备。每个使用单元设置成，产生或暂存或动态再分配电能(如电容器)。供能设备可以设计为静态蓄能器或移动式蓄能器。

在供能设备上可以连接有至少一个设备、亦即电气负载和/或至少一个能量源。在下文中，设备、亦即电气负载和能量源总结为术语“外部构件”。

为了灵活地设计在连接的外部构件与供能设备的各使用单元之间的连接，按照本发明规定，供能设备通过汇流排装置实施能量交换，其中汇流排装置的汇流排形成汇流排矩阵。换言之，设有多于两个的汇流排，从而多个不同的汇流排对是可能的，以便用于在使用单元与连接到供能设备上的装置之间传输直流电压。那么设有至少三个汇流排，但是优选地是为每个正电位和每个负电位或接地电位设有多个汇流排。借助于汇流排对中之一可以传输直流电压给设备或者从能量源接收直流电压。为了可以将使用单元灵活地连接到汇流排矩阵，理论上在汇流排矩阵上多个开关是必要的。但是按照本发明可以防止这一点，其方法是将各使用单元分配到支路中，且在每个支路中其使用单元连接成串联电路。每个支路具有两个支路端部，亦即正端部和负端部。每个支路端部经由相应的能电分离的开关单元与汇流排装置连接。能电分离的开关单元是机械开关单元，其例如可以设有至少一个接触器。在支路内串联电路经由直流电压转换器(DC/DC转换器)与支路端部中之一连接。一般地，直流电压转换器可以是升压转换器或降压转换器或逆变转换器。优选地，直流电压转换器是降压转换器。

在另一支路端部上可直接连接有串联电路。