用于控制能量存储装置的耦合装置的方法和能量供应系统的制作方法_2

文档序号:8303613阅读:来源:国知局
的数字信号的脉冲宽度。由于脉冲宽度调制的控制信号,高的更新频率是可行的,使得在耦合装置的开关周期期间也能够多次地发送用于验证的信息。这能够实现控制信号参数检测的平均,由此降低故障概率并且该控制变得更加鲁棒。
[0021]按照根据本发明的能量供应系统和方法的另一实施方式,控制信号能够是频率调制的数字信号,并且物理的控制信号参数能够是频率调制的数字信号的频率。
[0022]按照根据本发明的能量供应系统和方法的另一实施方式,控制信号能够是模拟的电压信号,并且物理的控制信号参数能够是模拟的电压信号的电压值。
[0023]按照根据本发明的能量供应系统和方法的另一实施方式,控制信号能够是例如经由RS 232串行传递的数字的比特序列,并且物理的控制信号参数能够以比特序列来编码。
[0024]按照根据本发明的方法的一个实施方式,所述方法还能够包括如下步骤:产生配置信号,所述配置信号经由配置线路输出给驱动装置,其中配置信号配置驱动装置的相应的能预设的控制模式分配。
[0025]按照根据本发明的能量供应系统的另一实施方式,耦合装置能够包括以全桥电路的耦合元件。替代地,耦合装置能够包括以半桥电路的耦合元件。按照根据本发明的能量供应系统的另一实施方式,能量存储电池能够包括锂离子蓄电池。因此,根据本发明的控制尤其适合于快速开关的电池组直接变流器(BDI)或电池组直接变频器(BDC)。显然地,在此,全部其他类型的电池组、蓄电池、电容器和电压源也是可行的,同样还有根据本发明的控制也适合于其他模块化串联的能量供应系统。
【附图说明】
[0026]本发明的实施方式的其他的特征和优点从参考所附的附图的下面的描述中得出。
[0027]其中:
图1示出根据本发明的一个实施方式的具有能量存储装置的电能供应系统的示意图; 图2示出根据图1的能量存储装置的能量存储模块的一个实施例的示意图;
图3示出根据图1的能量存储装置的能量存储模块的另一实施例的示意图;
图4示出根据本发明的另一实施方式的具有能量存储装置的电能供应系统的示意图;图5示出根据本发明的另一实施方式的控制信号分配到控制信号的不同的参数范围的不意图;和
图6示出根据本发明的另一实施方式的用于控制能量存储装置的耦合装置的方法的示意图。
【具体实施方式】
[0028]图1示出一种电能供应系统100,其用于将由能量存储模块3所提供的直流电压转换为η相交流电压。能量供应系统100包括具有能量存储模块3的能量存储装置1,所述能量存储模块串联在一个或多个能量供应支路或能量供应分支Z中。能量供应分支Z分别耦合在能量存储装置I的两个输出端子Ia和Ib之间,所述输出端子分别耦合到直流电压中间回路2b上。在图1中,能量供应系统100示例地用于给三相电机6馈电。但也可以规定,能量存储装置I被用于为能量供应电网6产生电流。替代地,该电机6也可以是同步或异步电机、磁阻电机或无刷直流电动机(BLDC,“brushless DC motor”)。在此也能够可以的是,将能量存储装置I用在静止系统、例如发电站中,用在电能生产设备、诸如风力设备、光伏设备或热电联产设备(Kraftwaermekopplungsanlagen)中,用在能量存储设备诸如压缩空气储能电站、电池组储能电站、飞轮储能器、泵储能器或类似系统中。图1中的系统的另外的应用可能性是被设计用于在水面或水下前进的客或货运输车辆、例如船舶、摩托艇或诸如此类的。
[0029]对此,能量存储装置I的能量供应分支Z中的每个必要时通过(未示出的)耦合电感与直流电压中间回路2b耦合。耦合电感例如可以是有目的地连接在直流电压中间回路2b与能量存储装置I的输出端子Ia之间的感应节流阀。替代地,也能够可以的是,通过在能量存储装置I与直流电压中间回路2b之间的互连中本来存在的寄生电感来构成耦合电感。
[0030]直流电压中间回路2b给脉冲逆变器4馈电,该脉冲逆变器由直流电压中间回路2b的直流电压来为电机6提供一相或三相交流电压。
[0031]在图1中,能量供应分支Z的数量示例地为两个,但其中其他每种数量的能量供应分支Z同样是可以的。能量存储装置I的能量供应分支Z具有至少两个串联的能量存储模块3。在图1中,能量存储模块3的数量示例性地为四个,但其中每个能量供应分支中的其他每种数量的能量存储模块3同样是可以的。能量存储模块3分别具有两个输出端子3a和3b,通过所述输出端子可以提供能量存储模块3的模块输出电压。因为能量存储模块3基本是串联的,所以能量存储模块3的模块输出电压累加为总输出电压,该总输出电压在能量存储装置I的能量供应分支Z的输出端子la、lb上被提供。
[0032]在图2和3中更详细地示出能量存储模块3的示例的构造形式。能量存储模块3分别包括耦合装置7,该耦合装置具有多个耦合元件7a和7c以及必要时7b和7d。能量存储模块3另外分别包括能量存储电池模块5,该能量存储电池模块具有一个或多个串联的能量存储电池5a、5k。
[0033]能量存储电池模块5在此例如可以具有串联的能量存储电池5a至5k,例如锂离子电池组或蓄电池。在此,在图2中所示出的能量存储模块3中,能量存储电池5a至5k的数量示例性地为两个,但其中其他每种数量的能量存储电池5a至5k同样是可以的。对于能量存储电池5a至5k同样可以采用具有其他电池化学的二次电池,例如铅酸电池组、镍金属氢化物蓄电池、镍镉蓄电池、锂聚合物蓄电池或诸如此类的。另外,对于能量存储电池5a至5k也可以采用双层或超级电容器。
[0034]能量存储电池模块5通过连接线与所属的耦合装置7的输入端子相连接。耦合装置7在图2中示例地作为全桥电路来构造,该全桥电路具有各两个耦合元件7a、7c和两个耦合元件7b、7d。耦合元件7a、7b、7c、7d在此可以分别具有有源开关元件、例如半导体开关以及与之并联的空转二极管。半导体开关例如可以具有场效应晶体管(FET)。在该情况下,空转二极管也可以分别被集成到半导体开关中。
[0035]图2中的耦合元件7a、7b、7c、7d例如可以借助图1中的控制装置8来控制,使得能量存储电池模块5有选择地接入到输出端子3a和3b之间,或者能量存储电池模块5被跨接或绕行。通过右下方的耦合元件7d以及左上方的耦合元件7a被置于闭合状态,而其余两个耦合元件被置于断开状态,能量存储电池模块5例如可以以正向接入到输出端子3a和3b之间。绕行状态例如可以通过如下来设定,即两个耦合元件7a和7b被置于闭合状态,而两个耦合元件7c和7d被保持为断开状态。
[0036]通过合适地控制耦合装置7,因此能量存储模块3的各个能量存储电池模块5可以有目的地被集成到能量供应分支Z的串联电路中。
[0037]图3示出能量存储模块3的另外的示例的实施方式。在图3中所示出的能量存储模块3与图2中所示出的能量存储模块3的区别仅仅在于,耦合装置7具有两个而不是四个耦合元件,所述耦合元件互连成半桥电路代替全桥电路。
[0038]在所示的实施变化方案中,有源开关元件可以作为例如IGBT (绝缘栅双极晶体管)、JFET (结型场效应晶体管)形式的功率半导体开关或者作为MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)来实施。
[0039]能量供应分支Z中的每个的输出电压可以利用耦合元件7a、7b、7c、7d通过合适的控制而从负的最大值直至正的最大值分级地变化。电平的分级在此根据各个能量存储电池模块5的分级来得出。例如为了获得通过能量存储电池模块5的分级而预先给定的两个电压等级之间的平均电压值,能量存储模块3的耦合元件7a、7b、7c、7d可以按时钟、例如以脉冲宽度调制(PWM)来控制,使得所涉及的能量存储模块3在时间平均上提供模块电压,该模块电压可以具有在零与通过能量存储电池5a至5k所确定的最大可能的模块电压之间的数值。
[0040]借助重新参考图1,能量供应系统100还能够包括控制装置8,所述控制装置与能量存储装置I连接,并且借助于所述控制装置能够控制能量存储装置1,以便在相应的输出端子la、lb处提供能量存储装置I的期望的总输出电压。此外,控制装置8能够被设计成,在对能量存储装置I的能量存储电池充电时控制能量存储装置I的有源开关元件或相应的率禹合元件。
[0041]对此,能量存储装置I具有多个驱动装置9,所述驱动装置被分配给能量存储模块3中的各一个并且与其耦合。驱动装置9被设计用于,根据驱动信号控制耦合装置7的耦合元件7a、7b
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