包括多个能更换的使用单元的电气供能设备及其运行方法技术

本发明专利技术涉及电气供能设备(10)，其包括多个使用单元(12)，其中每个使用单元(12)设置用于产生或暂存电能。本发明专利技术设置，在供能设备(10)中将使用单元(12)分配到支路(11)，且每个支路(11)设置成，借助于使用单元(12)的串联电路(13)产生总电压(U)，且每个支路端部(11’)经由相应的开关单元(15)与汇流排装置(18)连接，且在每个支路(11)内为每个使用单元(12)设有桥接电路(N11)，且控制装置(19)设置成，识别在支路(11)中之一中的有故障的使用单元(12)，且随后将支路(11)借助于其开关单元(15)与汇流排装置(18)电分离，且通过借助于其桥接电路(N11)电气分离支路(11)的使用单元(12)减小支路(11)的总电压(U)。

Electrical energy supply equipment including multiple replaceable use units and its operation method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括多个能更换的使用单元的电气供能设备及其运行方法
本专利技术涉及一种包括多个使用单元的供能设备。供能设备例如可以设计为静态电池蓄能器或用于电动车的车辆用电池。使用单元那么例如是供能设备的电池单体模块。一般地，每个使用单元设置用于产生或暂存电能。
技术介绍
这种类型的供能设备例如由文献US7,087,327B2已知。其中记载如下：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故障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故障并需要该替代燃料电池堆。如果所有替代燃料电池堆在使用中，那么在燃料电池堆继续故障的情况下供能设备就总体上停止运转。包括多个以蓄能器元件形式的使用单元的另一供能设备由文献US2006/0092583A1已知。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。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，在单个使用单元或多个使用单元故障时，使电气供能设备以小的停机时间又可投入使用。该任务通过独立权利要求的主题解决。本专利技术有利的改进通过从属权利要求、以下说明以及附图描述。本专利技术基于包括多个使用单元的、开始所述类型的电气供能设备。每个使用单元以所述方式设置成用于产生或暂存电能。在按照本专利技术的供能设备中，该供能设备以完全确定的方式设置。在供能设备中，将使用单元分配到支路，且在每个支路中其使用单元连接成串联电路。每个支路可以借助于其使用单元的串联电路产生总电压，该总电压可以位于在8V至60的范围中或者可以大于60V。每个支路端部经由相应的可电分离的开关单元与供能设备的汇流排装置电连接。开关单元例如可以基于至少一个机械开关形成，例如接触器。在每个支路内，为每个使用单元设有桥接电路。因此，每个使用单元可单个地在串联电路中被桥接，从而该使用单元不再贡献于支路的总电压且串联电路的电流也被引导通过桥接电路。供能设备的控制装置设置成，在供能设备的运行中识别支路之一中有故障的使用单元。有故障的使用单元的识别可借助于本身由现有技术已知的方法实现。例如，可以将由使用单元产生的电压与阈值比较，在低于该阈值时将使用单元分类为故障的。控制装置此外可以设置成，在识别到有故障的使用单元的情况下将该支路借助于其电分离的开关单元与汇流排装置电分离。但是，现在支路的串联电路总是还位于在总电压下。此外，控制装置因此设置成，减小支路的总电压，其方法是借助于其桥接电路使支路的使用单元电气分离，从而仅仅还存在使用单元的单电压而不是总电压。因此，那么在支路中其使用单元仅仅还以单电压存在，该单电压可以位于在1伏特至25伏特的范围中。为了可以更换和/或维修一个使用单元，那么不必关断整个供能设备。在连续运行中可以实现使用单元的更换。为此，可以将涉及的支路与汇流排装置电分离(借助于机械开关单元)且接着将该支路切换到无总电压，其方法是将各使用单元(借助于其桥接电路)相互分离。在分离的支路中最大出现的电压那么相应于每个供能单元的单电压。单电压特别是无危险的，因为其小于总电压。有故障的使用单元那么可以被从支路拆卸或取出，而至少另一支路还在汇流排装置中产生总电压，且因此供能设备的运行可无中断地继续。在运行中的更换也称为热插拔原理或热调换原理(https://de.wikipedia.org/wiki/Hot_Swapping)。在单个构件失效时能防止供能设备的全部失效。通过可电分离性可以隔离故障的构件。本专利技术也包括有利的改进，通过其特征产生附加的优点。供能设备的结构方式是非常灵活的。每个使用单元可以各自包括至少一个电池单体、特别是电池单体模块或由多个(例如并联连接的)电池单体模块组成的组合。使用单元可以各自包括至少一个燃料电池和/或至少一个太阳能电池板和/或至少一个电容器和/或发电机。优选地，在每个支路中在彼处串联连接的使用单元在技术上是一致的，亦即例如仅仅通过电池单体模块形成。为了将支路端部与汇流排装置电气分离，每个开关单元可以具有至少一个开/关(ON/OFF)类型的接触器或选择开关类型的接触器。每个开关单元可以引起一方面在汇流排装置的汇流排与另一方面支路的支路端部之间的电气分离。如果每个支路端部设有多个汇流排，那么可以借助于多个ON/OFF类型的接触器或利用选择开关类型的接触器(1对N多路复用器)在汇流排之间切换，从而支路的总电压交替地在施加于汇流排中的不同汇流排上。现在，如果在电气分离一个支路和减小总电压之后拆卸一个使用单元，那么可以安装新的使用单元。在此，控制装置对于该改进设置成，在供能设备的运行中在更换有故障的使用单元之后通过新的使用单元将该新的使用单元与支路的其余使用单元电联接。为此，新的使用单元可以借助于其桥接电路又与其余使用单元串联连接，从而其单电压贡献于总电压。因此可以在没有供能中断或供能设备与连接的设备进行的能量交换中断的情况下通过新的使用单元代替有故障的使用单元。为了识别有故障的使用单元，一种改进规定，在各支路中为每个使用单元分别提供诊断单元，用于检测相应的使用单元的预定的电气特征参量的当前状态值。这样的特征参量的示例是使用单元的阻抗。供能设备的控制装置设置成，经由供能设备的通信装置接收各一个支路的所有使用单元的状态值，且根据其状态值识别出有故障的使用单元。适合的通信装置例如可以是数据网络或数据总线。数据总线的示例是CAN总线(CAN–控制器局域网络)。在阻抗的情况下，假如一个使用单元的状态值或其阻抗大于阈值，那么该使用单元可被分类为故障的。术语“阻抗”结合本专利技术表示在预定频率例如0赫兹下的阻抗值或者关于频率f的阻抗曲线。多个频率可以在带有逐步的提高或减小的频率扫描中被检测。对此备选地，同时可以设有在多频率情况下的多频激励。多频激励例如可以设计为多正弦激励或矩形信号或跃变信号。供能设备也可以具有用于连接供电电网(例如50赫兹三相供电电网)或另一交流电源的输入连接端。在该改进中，供能设备具有与汇流排装置连接的、用于与公共供电电网或交流电源交换电能的交流/直流转换器装置。而且在此如果发生失效，那么供能设备的运行应继续。交流/直流转换器装置为此具有多个交流/直流转换器，其中的每个交流/直流转换器通过本身的隔离开关一方面与用于供电电网的电网连接端或输入连接端联接而另一方面与汇流排装置联接。如果现在一个交流-直流转换器由于有故障而停止运转，那么可以借助于另一交流-直流转换器继续给汇流排装置供以来自供电电网或交流电源的电能。控制装置在此设置成，在供能设备的运行中(亦即没有运行中断地)识别有故障的交流/直流转换器，且将有故障的交流/直流转换器通过关断其隔离开关电隔离。用于识别有故障的交流-直流转换器的诊断机构可由现有技术得知。那么在此涉及交流-直流转换器的自监控，如其本身是已知的。如果现在故障的交流-直流转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电气供能设备(10)，包括多个使用单元(12)，其中，每个使用单元(12)设置用于产生或暂存电能，其中，在供能设备(10)中将使用单元(12)分配到支路(11)中，在每个支路(11)中该支路的使用单元(12)连接成串联电路(13)，每个支路(11)设置成，借助于其使用单元(12)的串联电路(13)产生总电压(U)，其特征在于，每个支路端部(11’)经由相应的能电气分离的开关单元(15)与供能设备(18)的汇流排装置(18)连接，在每个支路(11)内为每个使用单元(12)设有桥接电路(N11)，控制装置(19)设置成，在供能设备(10)的运行中识别所述支路(11)之一中有故障的使用单元(12)，并且在识别到有故障的使用单元(12)的情况下将支路(11)借助于其开关单元(15)与汇流排装置(18)电分离，以及支路(11)的总电压(U)由于借助于其桥接电路(N11)将支路(11)的使用单元(12)电气分离而减小，从而代替总电压(U)仅仅还存在使用单元(12)的单电压(V)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170623 DE 102017210610.71.一种电气供能设备(10)，包括多个使用单元(12)，其中，每个使用单元(12)设置用于产生或暂存电能，其中，在供能设备(10)中将使用单元(12)分配到支路(11)中，在每个支路(11)中该支路的使用单元(12)连接成串联电路(13)，每个支路(11)设置成，借助于其使用单元(12)的串联电路(13)产生总电压(U)，其特征在于，每个支路端部(11’)经由相应的能电气分离的开关单元(15)与供能设备(18)的汇流排装置(18)连接，在每个支路(11)内为每个使用单元(12)设有桥接电路(N11)，控制装置(19)设置成，在供能设备(10)的运行中识别所述支路(11)之一中有故障的使用单元(12)，并且在识别到有故障的使用单元(12)的情况下将支路(11)借助于其开关单元(15)与汇流排装置(18)电分离，以及支路(11)的总电压(U)由于借助于其桥接电路(N11)将支路(11)的使用单元(12)电气分离而减小，从而代替总电压(U)仅仅还存在使用单元(12)的单电压(V)。


2.根据权利要求1所述的供能设备，其中，使用单元各自包括至少一个电池单体模块和/或至少一个燃料电池和/或至少一个太阳能电池板和/或至少一个电容器和/或发电机。


3.根据上述权利要求之一所述的供能设备，其中，每个开关单元至少是开/关类型的接触器或选择开关、1对N多路复用器类型的接触器。


4.根据上述权利要求之一所述的供能设备，其中，控制装置设置成，在供能设备的运行中在通过新的使用单元替换有故障的使用单元之后将所述新的使用单元与支路的其余使用单元电联接。


5.根据上述权利要求之一所述的供能设备，其中，在所述支路中为每个使用单元分别提供诊断单元，用于检测相应的使用单元的预定的电气特征参量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·辛特伯格，B·海伦塔尔，A·布鲁姆，
申请(专利权)人：奥迪股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE