(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと駆動システムとを備えたバッテリシステム内の直流電圧中間回路の電圧を調整する方法であって、
前記バッテリは、前記直流電圧中間回路を介して前記駆動システムと接続され、直列接続されたｎ個のバッテリモジュール（４０、６０）を有し、
各前記バッテリモジュール（４０、６０）は、結合ユニット（３０、５０）と、前記結合ユニット（３０、５０）の第１の入力口（３１、５１）と第２の入力口（３２、５２）との間に接続された少なくとも１つのバッテリセル（１１）とを含み、かつ、前記結合ユニット（３０、５０）の切り替え状態にしたがって、０のバッテリモジュール電圧または０の電圧を出力するよう構成され、その際、ｎは１よりも大きく、前記バッテリは、ｎ＋１個の様々な出力電圧から選択可能な出力電圧を出力するよう構成され、
前記方法は、少なくとも以下の工程、すなわち、
ａ）前記直流電圧中間回路の前記電圧の実際値を決定する工程と、
ｂ）前記直流電圧中間回路の前記電圧の前記実際値と、前記バッテリの前記様々な出力電圧とを比較する工程と、
ｃ）前記バッテリの第１の選択された出力電力を選択する工程であって、前記第１の選択された出力電圧は、前記直流電圧中間回路の前記電圧の前記実際値よりも低い前記バッテリの出力電圧の最大電圧である、前記選択する工程と、
ｄ）前記バッテリの第２の選択された出力電圧を選択する工程であって、前記第２の選択された出力電圧は、前記直流電圧中間回路の前記電圧の前記実際値よりも高い前記バッテリの出力電圧の最小電圧である、前記選択する工程と、
ｅ）第１の可変的な期間の間に、前記バッテリの前記第１の選択された出力電圧を出力する工程と、
ｆ）第２の可変的な期間の間に、前記バッテリの前記第２の選択された出力電圧を出力する工程と、
ｇ）前記直流電圧中間回路の前記電圧が目標作動電圧に到達するまで、前記工程ａ）〜ｆ）を繰り返す工程と、
を有する方法。
【請求項２】
前記目標作動電圧は、前記バッテリの前記ｎ＋１個の様々な出力電圧の最大出力電圧に等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記直流電圧中間回路の前記電圧の前記実際値の前記決定する工程は、前記直流電圧中間回路の前記電圧を測定する工程を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の可変的な期間および前記第２の可変的な期間は、前記目標作動電圧と、前記直流電圧中間回路の前記電圧の前記実際値との間の差分にしたがって決定される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
現在の充電電流を測定する工程をさらに有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
測定された前記現在の充電電流と最大許容充電電流とを比較する工程をさらに有し、その際、前記現在の充電電流の値が前記最大許容充電電流よりも大きい場合には、前記工程ｅ）および／または前記工程ｆ）を終了する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
中間充電電流を決定し、前記中間充電電流と目標充電電流とを比較する工程をさらに有し、その際、前記中間充電電流が前記目標充電電流よりも大きい場合には、前記第１の可変的な期間が延長され、および／または、前記第２の可変的な期間が短縮され、および／または、前記中間充電電流が前記目標充電電流よりも小さい場合には、前記第１の可変的な期間が短縮され、および／または、前記第２の可変的な期間が延長される、請求項５または６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記直流電圧中間回路の前記電圧が前記目標作動電圧に到達するまで、目標充電電圧は一定に設定される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
制御ユニットと、直流接続されたｎ個のバッテリモジュール（４０、６０）とを備えるバッテリであって、
各前記バッテリモジュール（４０、６０）が、結合ユニット（３０、５０）と、前記結合ユニット（３０、５０）の第１の入力口（３１、５１）と第２の入力口（３２、５２）との間に接続された少なくとも１つのバッテリセル（１１）とを含み、かつ、前記結合ユニット（３０、５０）の切り替え状態にしたがって、０のバッテリモジュール電圧または０の電圧を出力するよう構成され、その際、ｎは１よりも大きく、前記バッテリは、ｎ＋１個の様々な出力電圧から選択可能な出力電圧を出力するよう構成されることを特徴とする、前記バッテリにおいて、
前記制御ユニットは、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法を実施するよう構成される、バッテリ。
【請求項１０】
バッテリと、前記バッテリと接続された直列電圧中間回路と、前記直列電圧中間回路と接続された駆動システムとを備えるバッテリシステムにおいて、
前記バッテリが、請求項９にしたがって構成されることを特徴とする、バッテリシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のバッテリシステムを備えた車両において、前記バッテリシステムの前記駆動システムは、前記車両を駆動するための電動機と、バルスインバータとを備える、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧中間回路の電圧を調整する方法と、本方法を実施するよう構成されたバッテリと、本方法を実施するよう構成された直流電圧中間回路を備えるバッテリシステムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
将来的に、定置型の利用において、および、ハイブリット車または電気自動車のような車両においても、バッテリシステムがますます使用されることが明らかである。電圧と、提供される電力とに対する各用途について与えられる要請を満たしうるために、数多くのバッテリセルが直列に接続される。このようなバッテリによって提供される電流は全てのバッテリセルを通って流れる必要があり、１つのバッテリセルは限られた電流のみ通しうるため、最大電流を上げるために、追加的にバッテリセルが並列に接続されることが多い。このことは、バッテリセルハウジング内の複数のセルコイル（Ｚｅｌｌｗｉｃｋｅｌ）の敷設によって、または、バッテリセルの外部接続によって行われうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば電気自動車およびハイブリッド車において、または、風力発電所の動翼調整の場合のような定置型の利用においても使用される一般的な電気駆動システムの原理的な回路図が、図１に示されている。バッテリ１１０は、コンデンサ１１１により形成される直流電圧中間回路に接続される。直流電圧中間回路は、パルスインバータ１１２に接続されており、このパルスインバータ１１２は、３つの出力口の、各２つの切り替え可能な半導体バルブ（Ｈａｌｂｌｅｉｔｅｒｖｅｎｔｉｌ）と２つのダイオードとを介して、互いに位相がずらされた正弦波電圧を、電動機１１３の駆動のために提供する。直流電圧中間回路を形成するコンデンサ１１１の容量は、切り替え可能な半導体バルブのうちの１つに電流が流される間、直流中間回路内の電圧を安定させるために十分な大きさである必要がある。電気自動車のような実際の適用では、数ｍＦ（ミリファラド）までの範囲内の大きな静電容量が発生する。
【０００４】
図２は、図１のバッテリ１１０の詳細なブロック回路図を示す。各適用について望まれる高い出力電圧およびバッテリ容量を実現するために、複数のバッテリセルが直列に接続され、または任意に追加的に並列接続される。バッテリセルの陽極と、正のバッテリ端子１１４との間には、充電および分離素子１１６が接続される。任意に、バッテリセルの陰極と、負のバッテリ端子１１５との間に分離素子１１７が追加的に接続されてもよい。充電および分離素子１１６と、分離素子１１７とはそれぞれ、バッテリ端子を零電位（ｓｐａｎｎｕｎｇｓｆｒｅｉ）で接続するために、当該バッテリ端子からバッテリセルを分離するために設けられた接触器１１８または１１９を備える。さもなければ、直列接続されたバッテリセルの高い直流電圧のために、整備員等が重大な潜在的危険にさらされることになる。充電および分離素子１１６内には、充電接触器１２０と、当該充電接触器１２０に対して直列に接続された充電抵抗１２１とが追加的に設けられる。充電抵抗１２１は、コンデンサ１１１の充電電流を、バッテリが直流電圧中間回路に接続される場合に制限する。このために、最初に接触器１１８は開放されて、充電接触器１２０のみが閉鎖される。正のバッテリ端子１１４の電圧がバッテリセルの電圧に到達する場合には、接触器１１９を閉鎖し、場合によっては充電接触器１２０を開放することが可能である。
【０００５】
充電接触器１２０と充電抵抗１２１は、数十ｋＷ（キロワット）の範囲内の電力を有する用途においては、数百ミリ秒かかる直流電圧中間回路の充電プロセスのためにのみ必要な、重大な追加コストを意味する。上記の構成要素は高価なだけではなく大きくて重く、電気自動車のような可動的な用途における使用にとっては特にわずらわしい存在である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本発明に基づいて、バッテリと駆動システムとを備えたバッテリシステム内の直流電圧中間回路の電圧を調整する方法が導入される。バッテリは、直流電圧中間回路を介して駆動システムと接続され、直列接続されたｎ個のバッテリモジュールを有し、各バッテリモジュールは、結合ユニットと、結合ユニットの第１の入力口と第２の入力口との間に接続された少なくとも１つのバッテリセルとを含む。バッテリモジュールは、結合ユニットの切り替え状態にしたがって、０のバッテリモジュール電圧または０の電圧を出力するよう構成される。数ｎは１よりも大きい。バッテリは、ｎ＋１個の様々な出力電圧から選択可能な出力電圧を出力するよう構成される。本方法は、少なくとも以下の工程、すなわち、
ａ）直流電圧中間回路の電圧の実際値を決定する工程と、
ｂ）直流電圧中間回路の電圧の実際値と、バッテリの様々な出力電圧とを比較する工程と、
ｃ）バッテリの第１の選択された出力電力を選択する工程であって、第１の選択された出力電圧は、直流電圧中間回路の電圧の実際値よりも低いバッテリの出力電圧の最大電圧である、上記選択工程と、
ｄ）バッテリの第２の選択された出力電圧を選択する工程であって、第２の選択された出力電圧は、直流電圧中間回路の電圧の実際値よりも高いバッテリの出力電圧の最小電圧である、上記選択工程と、
ｅ）第１の可変的な期間の間に、バッテリの第１の選択された出力電圧を出力する工程と、
ｆ）第２の可変的な期間の間に、バッテリの第２の選択された出力電圧を出力する工程と、
ｇ）直流電圧中間回路の電圧が目標作動電圧に到達するまで工程ａ）〜ｆ）を繰り返す工程と、
を有する。
【０００７】
本発明の方法は、バッテリの出力電圧が、迅速に、かつ管理されて、第１の選択された出力電圧と第２の選択された出力電圧のとの間で切り替えられ、これにより、時間的に平均して、直流電圧中間回路のための調整可能な充電電流が獲得されるという利点がある。適切な第１の可変的な期間および第２の可変的な期間の選択によって、充電電流を所望の値に調節し、したがって制限しうるので、従来技術のバッテリシステムの充電接触器１２０および充電抵抗１２１を省略することが可能であり、これにより、本発明に係る方法にしたがって機能するバッテリシステムのコスト、容積、および重量が対応して下げられる。バッテリが、直列接続された個々のバッテリモジュールの作動または停止により様々な出力電圧を出力するよう構成されることで、直流電圧中間回路の電圧の調整のために、電圧の実際値に最も近い２つの出力電圧を選択することが可能であり、直流電圧中間回路の電圧に対して所望のように影響を与えるために、上記２つの出力電圧の間で、適切な第１の可変的な期間および第２の可変的な期間を用いて切り替えられる。バッテリの、上記２つの最も近い出力電圧の選択によって、必然的に存在するインダクタ（Ｉｎｄｕｋｔｉｖｉｔａｅｔ）」およびコンデンサ（Ｋａｐａｚｉｔａｅｔ）のために、限られた速度でしかバッテリの出力電圧の変化についていけない充電電流のリプル（Ｗｅｌｌｉｇｋｅｉｔ）が、最小値に下げられる。バッテリモジュールの結合ユニットの切り替え速度も対応して下げられる。
【０００８】
本発明の方法はさらに、より短時間で直流電圧中間回路が充電されるという利点がある。図２で示した充電および分離素子１１６を有するバッテリを備えたバッテリシステムにおいて、直流電圧中間回路は、接触器１１８が閉鎖されるまで、負の指数を有する指数関数に対応する特徴を有して充電される。すなわち、充電プロセスの開始時には最大充電電流が流れるが、この最大充電電流は直流電圧中間回路の連続的な充電によりさらに低下し、したがって、直流電圧中間回路の電圧は、バッテリの出力電圧の値に漸近的に近づく。しかしながら、本発明の方法によれば、直流電圧中間回路の電圧が直線的に上げられ、このようにして、直流電圧中間回路のコンデンサは、全充電期間に渡って、充電抵抗１２１を備えたバッテリシステム内の当初の充電電流と少なくとも類似した値を有する平均して一定の電流により充電されうる。これにより、対応してより迅速に第１の目標作動電圧に到達する。
【０００９】
好適に、目標作動電圧は、バッテリのｎ＋１個の様々な出力電圧の最大出力電圧に等しい。この場合に、本方法は、直流電圧中間回路が最大可能電圧に到達するまで実施される。続いて、閉ループ制御システムを停止することが可能であり、したがって、直流電圧中間回路の電圧が、バッテリの出力電圧に直接的に結合される。
【００１０】
好適に、直流電圧中間回路の電圧の実際値の上記決定工程は、直流電圧中間回路の電圧を測定する工程を含む。これにより開ループ制御方法のみならず、目標測定変数の測定値、すなわち直流電圧中間回路の電圧にしたがって閉ループ制御を行う閉ループ制御方法も実装することが可能である。代替的に、直流電圧中間回路の電圧の実際値は、状態変数を介して計算してもよい。
【００１１】
第１の可変的な期間および第２の可変的な期間は、特に好適に、目標作動電圧と、直流電圧中間回路の電圧の実際値との間の差分にしたがって決定される。第２の可変的な期間の間に設定される（中間）電流は、第１の可変的な期間と第２の可変的な期間との比率の他に、直流電圧中間回路の電圧の実際値と（一般的にはバッテリの最大出力電圧に等しい）目標作動電圧との間の差分にも依存する。例えば、バッテリの第１の選択された出力電圧と第２の選択された出力電圧との任意の１対について、直流電圧中間回路の充電プロセスに渡って平均して一定の充電電流を設定するために、例えば第１の可変的な期間は、上記差分が小さいほど、第２の可変的な時間に対して短縮される。当然のことながら、代替的または追加的に、第１の可変的な期間に対して第２の可変的な期間を延長することも可能である。
【００１２】
本方法は、現在の充電電流を測定する工程をさらに有しうる。これにより、利用される閉ループ制御方法は、現在流れる充電電流にも考慮することが可能であり、または、許容できない高い充電電流から護るための保護の仕組みを実装することが可能である。
【００１３】
したがって特に好適に、本方法は、測定された現在の充電電流と最大許容充電電流とを比較する工程をさらに有し、その際、現在の充電電流の値が最大許容充電電流よりも大きい場合には、工程ｅ）および／またはｆ）を終了する。
【００１４】
先に挙げた２つの変形例の発展形態において、本方法は、中間充電電流を決定し、当該中間充電電流と目標充電電流とを比較する工程をさらに有し、その際、中間充電電流が目標充電電流よりも大きい場合には、第１の可変的な期間が延長され、および／または、第２の可変的な期間が短縮され、および／または、中間充電電流が目標充電電流よりも小さい場合には、第１の可変的な期間が短縮され、および／または、第２の可変的な期間が延長される。
【００１５】
特に好適に、直流電圧中間回路の電圧が目標作動電圧に到達するまで、目標充電電圧は一定に設定される。このようにして、直流電圧中間回路の電圧は線形状に上昇し、最大許容充電電流を超えることなく、直流電圧中間回路は可能な限り短時間で充電される。
【００１６】
本発明の第２の観点は、制御ユニットと、直流接続されたｎ個のバッテリモジュールとを備えるバッテリを導入する。各バッテリモジュールは、結合ユニットと、当該結合ユニットの第１の入力口と第２の入力口との間に接続された少なくとも１つのバッテリセルとを含む。バッテリモジュールは、結合ユニットの切り替え状態にしたがって、０のバッテリモジュール電圧または０の電圧を出力するよう構成される。直列接続されたバッテリモジュールの数ｎは１よりも大きく、したがって、バッテリは、ｎ＋１個の様々な出力電圧から選択可能な出力電圧を出力するよう構成される。本発明によれば、制御ユニットは本発明の第１の観点の方法を実施するよう構成される。
【００１７】
特に好適に、バッテリモジュールのバッテリセルは、リチウムイオンバッテリセルである。リチウムイオンバッテリセルは、セル電圧が高く、所与の容積当たりのエネルギー含量が大きいという利点を有する。
【００１８】
本発明のさらなる別の観点は、バッテリと、バッテリと接続された直流電圧中間回路と、直流電圧中間回路と接続された駆動システムとを備えたバッテリシステムに関する。その際に、バッテリは、本発明の上記の観点にしたがって構成される。
【００１９】
特に好適に、直流電圧中間回路はバッテリと直接的に接続され、すなわち、バッテリと直流電圧中間回路との間にさらなる構成要素が設けられず、特に、充電素子または充電接触器、および、充電抵抗が設けられない。しかしながら、バッテリシステムの実施形態において、電流センサのようなさらなる構成要素も、バッテリと直流電圧中間回路との間に接続することが可能である。
【００２０】
直流電圧中間回路はコンデンサを有してもよく、またはコンデンサで構成されてもよい。
【００２１】
バッテリシステムは、例えば車両内で実現することが可能であり、その際に、駆動システムは、車両を駆動するための電動機と、バルスインバータとを備える。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明の実施例が、図面、および、明細書の以下の記載によってより詳細に解説され、その際に、同じ符号は、同一または機能的に同種の構成要素を示す。
【図１】従来技術による電気駆動システムを示す。
【図２】従来技術によるバッテリのブロック回路図を示す。
【図３】本発明に係る方法を実施することが可能なバッテリに使用される結合ユニットの第１の実施例を示す。
【図４】結合ユニットの第１の実施形態の可能な回路技術的な実現を示す。
【図５】第１の実施形態による結合ユニットを備えたバッテリモジュールの一実施形態を示す。
【図６】第１の実施形態による結合ユニットを備えたバッテリモジュールの一実施形態を示す。
【図７】本発明に係る方法を実施することが可能なバッテリに使用される結合ユニットの第２の実施形態を示す。
【図８】結合ユニットの第２の実施形態の可能な回路技術的な実現を示す。
【図９】第２の実施形態による結合ユニットを備えたバッテリモジュールの一実施形態を示す。
【図１０】本発明に係る方法を実施することが可能なバッテリを示す。
【図１１】本発明に係る例示的な閉ループ制御システムのブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図３は、本発明に係る方法を実施することが可能なバッテリに使用される結合ユニット３０の第１の実施例を示す。結合ユニット３０は、２つの入力口３１および３２と、１つの出力口３３とを有し、入力口３１または３２の一方を出力口３３と接続し、他方を分離するよう構成される。
【００２４】
図４は、結合ユニット３０の第１の実施形態の可能な回路技術的な実現を示し、ここでは、第１のスイッチ３５と、第２のスイッチ３６とが設けられる。各スイッチは、入力口３１または３２のうちの１つと、出力口３３との間に接続される。本実施形態は、２つの入力口３１、３２も、出力口３３から分離可能であるために、出力口３３が高インピーダンス状態（ｈｏｃｈｏｈｍｉｇ）になるという利点をもたらし、このことは、例えば修理または整備の場合に有利になりうる。さらに、スイッチ３５、３６は簡単に、例えばＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴのような半導体スイッチとして実現されうる。半導体スイッチには、価格が安価で切り替え速度が速いという利点があり、したがって、結合ユニット３０は、短時間で、制御信号に対してまたは制御信号の変化に対して応答することが可能である。
【００２５】
図５および図６は、第１の実施形態による結合ユニット３０を備えたバッテリモジュール４０の２つの実施形態を示す。複数のバッテリセル１１が、結合ユニット３０の入力口間に直列に接続されている。しかしながら、本発明は、バッテリセル１１のこのような直列回路には限定されず、バッテリセル１１を１つだけ設けることも可能であり、または、バッテリセル１１の並列回路、もしくは、バッテリセル１１の直列−並列の混合回路（ｇｅｍｉｓｃｈｔ−ｓｅｒｉｅｌｌ−ｐａｒａｌｌｅｌｅ  Ｓｃｈａｌｔｕｎｇ）も可能である。図５の例では、結合ユニット３０の出力口は、第１の端子４１と接続され、バッテリセル１１の陰極は、第２の端子４２と接続される。しかしながら、図６のようなほぼ対称的な構成も可能であり、ここでは、バッテリセル１１の陽極が第１の端子４１と接続され、結合ユニット３０の出力口は、第２の端子４２と接続される。
【００２６】
図７は、本発明に係る方法を実施することが可能なバッテリに使用される結合ユニット５０の第２の実現形態を示す。結合ユニット５０は、２つの入力口５１および５２と、２つの出力口５３および５４とを有する。結合ユニット５０は、第１の入力口５１を第１の出力口５３と接続し、および、第２の入力口５２を第２の出力口５４と接続し（および、第１の出力口５３を第２の出力口５４から分離し）、または、第１の出力口５３を第２の出力口５４と接続する（および、その際に、入力口５１および５２を分離する）よう構成される。結合ユニットの特定の実施形態において、結合ユニットはさらに、２つの入力口５１、５２を出力口５３、５４から分離し、さらに、第１の出力口５３を第２の出力口５４から分離するよう構成されてもよい。しかしながら、第１の入力口５１を第２の入力５２と接続することは構想されない。
【００２７】
図８は、結合ユニット５０の第２の実現形態の可能な回路技術的な実現を示し、ここでは、第１のスイッチ５５、第２のスイッチ５６、第３のスイッチ５７が設けられる。第１のスイッチ５５は、第１の入力口５１と第１の出力口５３との間に接続され、第２のスイッチ５６は、第２の入力口５２と第２の出力口５４との間に接続され、第３のスイッチ５７は、第１の出力口５３と第２の出力口５４との間に接続される。本実施形態も同様に、スイッチ５５、５６、および５７が簡単に、例えばＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴのような半導体スイッチとして実現されうるという利点をもたらす。半導体スイッチには、価格が安価で切り替え速度が速いという利点があり、したがって、結合ユニット５０は、短時間で、制御信号に対してまたは制御信号の変化に対して応答することが可能である。
【００２８】
図９は、第２の実施形態による結合ユニット５０を備えたバッテリモジュール６０の一実施形態を示す。複数のバッテリセル１１が、結合ユニット５０の入力口間に直列に接続されている。本実施形態のバッテリモジュール６０も、バッテリセル１１のこのような直列回路には限定されず、バッテリセル１１を１つだけ設けることも可能であり、または、バッテリセル１１の並列回路、もしくは、バッテリセル１１の直列−並列の混合回路も可能である。結合ユニット５０の第１の出力口は、第１の端子６１と接続され、結合ユニット５０の第２の出力口は、第２の端子６２と接続される。図５および図６のバッテリモジュール４０に対して、バッテリモジュール６０は、結合ユニット５０によって、バッテリセル１１を残りのバッテリから両側で分離できるという利点を有し、このことによって、駆動中の安全な交換が可能となる。なぜならば、バッテリセル１１のどの極にも、バッテリの残りのバッテリモジュールの危険な高い全電圧が印加されないからである。
【００２９】
図１０は、本発明に係る方法を実施することが可能なバッテリの一実施形態を示す。バッテリは、複数のバッテリモジュール４０または６０を有するバッテリモジュール線７０を有し、好適に、各バッテリモジュール４０または６０は、同じ形態で接続された同数のバッテリセル１１を含む。一般に、バッテリモジュール線７０は、１よりも大きい各数のバッテリモジュール４０または６０を含みうる。さらに、バッテリモジュール線７０の極には、安全規定により要請される場合には、図２のような充電および分離素子と、分離素子とを追加的に設けることも可能である。ただし、本発明によれば、このような分離素子は必要ではない。なぜならば、バッテリモジュール４０または６０内に含まれる結合ユニット３０または５０によって、バッテリ端子からのバッテリセル１１の分離が行えるからである。
【００３０】
図１１は、本発明に係る例示的な閉ループ制御システムのブロック図を示す。上位の閉制御ループ（ｕｅｂｅｒｌａｇｅｒｔｅｒ  Ｒｅｇｅｌｋｒｅｉｓ）内では、直流電圧中間回路の電圧の目標値が、その実際値と比較される。直流電圧中間回路が完全に充電される場合には、すなわち、直流電圧中間回路の電圧が上げられる場合には、目標値は一気に、直列接続された全バッテリモジュールの合計電圧の値に設定される。当然のことながら、目標値は他の任意の電圧値にも設定することが可能であるが、実際の利用では、直流電圧中間回路は一般的に、バッテリの出力電圧の最大値まで充電される。これに基づいて、上位の閉制御ループの二位置調整器は、多位置調整器として設計される下位の電流閉制御ループ（ｕｎｔｅｒｌａｇｅｒｔｅｒ  Ｓｔｒｏｍｒｅｇｅｌｋｒｅｉｓ）のための目標値として、例えば最大許容充電電流により、または当該最大許容充電電流を安全マージンの分だけ下回る充電電流により直流電圧中間回路が充電されるような充電電流の目標値を要求する。これに基づいて、下位の多位置閉制御ループは、多位置制御要素（Ｍｅｈｒｐｕｎｋｔｓｔｅｌｌｇｌｉｅｄ）として機能するバッテリを用いて、バッテリモジュールの結合ユニットに対して対応する制御信号を出力することにより、充電電流の目標値を調整する。
【００３１】
詳細には、入力側のポイント８０で、直流電圧中間回路の目標作動電圧が設定され、この目標作動電圧は、減算要素によって、ポイント８１の直流電圧中間回路の実際作動電圧と比較され、ポイント８２の電圧差が生成される。電圧差は、制御要素８３内で量子化操作が施され、この量子化操作によって、ポイント８２の電圧差を、２つの異なる値を取りうるポイント８４の目標充電電流に変換することで、所望の二位置制御が実現される。任意に、制御要素８３は、ヒステリシス関数を実行することも可能であり、これにより有利に、閉ループ制御システムの切り替え周波数が下げられる。
【００３２】
後続の減算要素において、ポイント８４の目標充電電流から、ポイント８５の実際充電電流が減算される。さらに、制御要素８８において、直流電圧中間回路の電圧の実際値が、当該直流電圧中間回路の電圧の実際値よりも小さいバッテリの最大出力電圧に変換され、これに基づき導出された値が減算要素内で加算され、したがって、ポイント８７に電流のための操作変数が存在し、この操作変数は、後続の閉ループ制御要素８９内で、ポイント９０のバッテリの出力電圧の選択のための離散化された電流値に変換される。
【００３３】
残りのブロックは、直流電圧中間回路の挙動をモデル化している。ポイント８１の直流電圧中間回路の電圧は、スケール係数がＫＲの比例要素９２を介して、ポイント９１の電流値に変換され、この電流値は、さらなる別の減算要素内で、ポイント９０の離散化された電流値から減算され、したがって、ポイント８５の実際電流値が伝達される。実際の実際電流値は、直接的な測定によって、および、適切な期間に渡る平均値形成によって決定され、ポイント８５で、閉ループ制御システム内に入る。制御要素９３は、直流電圧中間回路が少なくとも近似的に示すようなコンデンサ（Ｋａｐａｚｉｔａｅｔ）の積分特性を示し、直流電圧中間回路内へと流れ込む電流を、直流電圧中間回路の電圧に変換する。ここで、実務においては、直流電圧中間回路の実際の電圧が通常は算出されず、測定によって決定されるということも有効である。
【００３４】
代替的に、閉ループ制御システムは、制御要素の切り替え周波数を制限するために、切り替え状態においてヒステリシスを有し、または最小滞留時間を有する多位置制御としても実現されうる。好適に、切り替え状態の変更は、離散時間的に（ｚｅｉｔｄｉｓｋｒｅｔ）、すなわち、例えば１００ｋＨｚのクロックに同期して行われ、これにより５０ｋＨｚの最大切り替え周波数が生じるであろう。
【００３５】
本発明は、バッテリの出力電圧を調整するための結合ユニットを備えたバッテリを、直流電圧中間回路の充電プロセスのための多位置制御要素として直接的に利用できるという思想に基づいている。例えば、現在の充電電流が充電電流の目標値よりも小さい場合には、バッテリの２つの選択された出力電圧のうちの大きい電圧の方が設定される。これに対して、現在の充電電流がその目標値よりも大きい場合には、バッテリの２つの選択された出力電圧の小さい出力電圧の方が設定される。
【００３６】
本発明に係る方法は、特に追加的なコストもかけずに、ソフトウェア機能を用いてバッテリの制御の枠組みにおいて実現されうる。多位置制御要素としてのバッテリを閉制御ループ内に組み込むために、ここでは、様々な公知の多段方式（Ｍｅｈｒｐｕｎｋｔｖｅｒｆａｈｒｅｎ）がその長所点および欠点も含めて利用される。上記方式は基本的に、発生する最大切り替え周波数に関して、および、充電プロセスの間に充電電流が有するリプル成分に関して区別される。図１１で示される閉制御ループは、可能な多段方式の一例にすぎない。
【００３７】
本発明によって、充電素子無しで、管理しながら直流電圧中間回路の電圧を調整することが可能となる。これにより、実際の利用において標準的に設けられる充電素子を省略することが可能であり、これにより、コストが節約され、構成全体の容積および重量が低減される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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