具有直流电压供电电路的蓄能装置和用于从蓄能装置提供直流电压的方法

文档序号:9693518阅读:390来源:国知局
具有直流电压供电电路的蓄能装置和用于从蓄能装置提供直流电压的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有直流电压供电电路的蓄能装置以及一种用于从蓄能装置提供直流电压的方法、尤其一种电池直接逆变器,该电池直流逆变器以直流电压供电车载电网。
【背景技术】
[0002]已经越来越显示出,未来不仅在固定的应用中、例如风力设备或太阳能设备中,而且在机动车、例如混合动力车或者电动汽车中越来越多地使用电子系统,它们使新型蓄能技术与电驱动技术组合。
[0003]—般通过脉冲逆变器形式的逆变器实现馈送多相电流到电机里面。为此可以将由直流电压中间回路提供的直流电压转换成多相交流电压、例如三相交流电压。在此直流电压中间回路由串联的电池模块组成的支路供电。为了可以满足对于各自的应用给出对于功率和能量的需求,经常在牵引电池里面串联多个电池模块。
[0004]多个电池模块的串联随之带来问题,当单个电池模块失效时,这个支路失效。供能支路的这种失效可能导致整个系统失效。此外暂时或持久出现的单一电池模块的功率最小化可能导致在整个供能支路中功率减小。
[0005]在文献US5,642,275 A1中描述了一种具有组合的逆变器功能的电池系统。这种形式的系统以名称]Multilevel Cascaded Inverter或者Battery Direct Inverter(电池直接逆变器,BDI)所公知。这些系统包括在多个蓄能模块支路中的直流源,它们可以直接连接在电机或者电网上。在此可以产生单相或多相的供电电压。在此蓄能模块支路具有许多串联的蓄能模块,其中每个蓄能模块具有至少一蓄能电池和从属的可控的耦合单元,该耦合单元允许,根据控制信号分别搭接从属的至少一蓄能电池,或者分别接通从属的至少一蓄能电池到各自的蓄能模块支路里面。在此可以这样构成耦合单元,使它附加地允许,从属的至少一蓄能电池分别也以可逆的极性接通到各自的蓄能模块支路里面或者也中断各自的蓄能模块支路。通过适合地控制耦合单元,例如借助于脉宽调制也可以通过适合的相位信号,用于控制相输出电压,由此可以省去独立的脉冲逆变器。因此可以说,用于控制相输出电压所需的脉冲逆变器组合到BDI里面。
[0006 ]与常见的系统相比,BDI —般具有更高的效率、更高的可靠性和明显更低的其输出电压的相对谐波含量。尤其由此保证可靠性,通过适合地控制附属于蓄能电池的耦联单元在供能支路中可以搭接有缺陷的、失效的或者不完全有效的蓄能电池。供能模块支路的相输出电压可以通过相应的控制耦联单元改变并且尤其分级地调整。在此输出电压的分级由单个蓄能模块的电压给出,其中通过一个蓄能模块支路的所有蓄能模块的电压总和确定最大可能的相输出电压。
[0007]文献DE 10 2010 027 857 A1 和DE 10 2010 027 861 A1 例如公开了具有多个电池模块支路的电池直接逆变器,它们可以直接连接在电机上。
[0008]在BDI的输出上不提供恒定的直流电压,因为蓄能电池分布在不同的蓄能模块上并且为了产生电压必需有目的地控制器耦联装置。由于这种分布BDI基本不作为直流电压源,例如为电动车的车载电网供电。因此也不能容易地通过常见的直流电压源充电蓄能电池。
[0009]因此存在需求,具有直流电压供电电路的蓄能装置和运行该蓄能装置的方法,通过它们可以由蓄能装置以直流电压供电直流电压用电器,或者说可以耦联直流电压充电电路在蓄能装置上。

【发明内容】

[0010]本发明按照一个方面实现一种具有蓄能装置和直流电压供电电路的系统,其中所述蓄能装置具有至少两个供能分支,这些分支在第一输出上分别与蓄能装置的至少一输出端子耦联,用于在输出端子上产生交流电压,并且在第二输出上与公共的汇流排耦联,其中每个供能分支具有许多串联的蓄能模块。所述蓄能模块分别包括一个具有至少一蓄能电池的蓄能电池模块,和一个具有由耦联部件组成的耦联电桥电路的耦联装置,其中所述耦联部件设计成,使所述蓄能电池模块选择性地接通到各自的供能分支里面,或者在供能分支里面旁路。所述直流电压供电电路具有一个具有许多第一馈电端子的电桥电路,这些端子分别与蓄能装置的输出端子的一个端子耦联,该直流电压供电电路还具有两个馈电节点,其中至少一节点与电桥电路耦联,并且具有一个模块引出电路,该电路具有至少两个具有整流二极管的模块控制分支,其中一个模块控制分支使一个供能分支的至少一蓄能模块的蓄能电池模块的第一输入端子可通断地与第一馈电节点连接,并且另一模块控制分支使至少一蓄能模块的蓄能电池模块的第二输入端子与第二馈电节点连接。
[0011]按照另一方面本发明实现一种方法,用于由按照第一方面的按照本发明的系统提供直流电压,具有步骤,获得蓄能装置的输出端子上的供能分支的输出电压,并且如果获得的输出电压小于单个蓄能模块的最大输出电压,可通断地耦联供能分支的至少一蓄能模块的蓄能电池模块的第一输入端子与第一馈电节点,并且可通断地耦联至少一蓄能模块的蓄能电池模块的第二输入端子与第二馈电节点。
[0012]本发明的优点
本发明的思想是,提供一种用于模块化构成的蓄能装置、尤其是电池直接逆变器的输出的电路,通过该电路在用于控制电机的蓄能装置运行期间可以对于直流电压用电器、例如电运行的机动车的车载电网的直流电压变换器的运行提供直流电压。为此规定,一个二极管电桥电路耦联在蓄能装置的输出端子上,借助于该电桥电路可以在输出端子上截取直流电压。同时一个模块引出电路用于,选择性地由单个蓄能模块在直流电压用电器上取出直流电压。
[0013]在此特别有利的是,由蓄能装置总是存在另一直流电压水平,例如用于馈电车载电网的中间回路电容器,无论在哪个运行状态所述蓄能装置都正好运行。尤其在蓄能装置微小的总输出电压时,该输出电压低于单个蓄能模块的输出电压,可以利用模块引出电路,用于截取单个蓄能模块的输入电压并且选择性地馈入到直流电压用电器。
[0014]这个模块引出电路的另一优点是,例如在电运行的机动车中的行驶范围放大器的充电电路可以与直流电压用电器串联,并且至少也可以在蓄能装置供电运行期间馈入用于充电蓄能电池的能量到通过模块引出电路耦联的蓄能模块里面。
[0015]按照本发明的系统的实施例,至少一模块控制分支中的至少一模块控制分支附加地对于整流二极管具有与这个整流二极管串联的模块耦联开关。
[0016]按照本发明的系统的实施例,所述系统还可以包括一个直流电压变换器,该变换器耦联在第一馈电节点与第二馈电节点之间。在此按照一实施例,所述直流电压变换器可以具有升压斩波器或者通流变换器。
[0017]按照本发明的系统的另一实施例,所述直流电压供电电路可以具有两个充电电路端子和一个充电电路,该充电电路通过两个充电电路端子与直流电压变换器串联或者直接耦联在馈电节点上,并且其中所述充电电路设计成,对于蓄能装置的蓄能电池模块提供充电直流电压。
[0018]按照本发明的系统的另一实施例,所述电桥电路可以具有许多第一电桥电路分支,该分支具有二极管或由二极管和桥式耦合开关组成的串联电路,这些电桥电路分支分别耦联在与电桥电路连接的馈电节点与许多第一馈电端子或第二馈电端子中的一个馈电端子之间。
[0019]按照本发明的系统的另一实施例,所述电桥电路可以具有另一第一馈电端子或另一第二馈电端子,该馈电端子与汇流排连接。
[0020]按照本发明的系统的另一实施例,所述电桥电路不仅可以具有许多第一馈电端子,而且具有许多第二馈电端子,这些端子分别与蓄能装置的输出端子或汇流排耦联。
[0021]按照本发明的系统的另一实施例,所述电桥电路可以具有另一电桥电路分支,该分支使另一第一馈电端子或另一第二馈电端子与两个馈电节点的那个节点连接,该馈电节点通过电桥电路与第一馈电端子或者与第二馈电端子连接。
[0022]按照本发明的系统的另一实施例,所述电桥电路可以具有许多第一电桥电路分支和许多第二电桥电路分支,它们分别具有二极管或由二极管和桥式耦合开关组成的串联电路,其中第一电桥电路分支分别接通在许多第一馈电端子之一与第一馈电节点之间,并且第二电桥电路分支分别接通在许多第二馈电端子之一与第二馈电节点之间。
[0023]按照本发明的系统的另一实施例,所述模块控制分支使供能分支的位于汇流排最近的蓄能模块的蓄能电池模块可通断地与第一或第二馈电节点连接。
[0024]按照本发明的系统的另一实施例,所述系统还可以具有η相电机,具有η相端子,该电机与蓄能装置的输出端子耦联,其中1。
[0025]按照本发明的另一实施例,所述η相电机可以具有从电机引出来的绕组星点。此外这个绕组星点可以与蓄能装置的汇流排连接。这在两相电机(η=2)中是特别有利的。
【附图说明】
[0026]本发明实施例的其它特征和优点由下面借助于附图的描述给出。
[0027]附图示出:
图1具有蓄能装置的系统示意图;
图2蓄能装置的蓄能模块的示意图;
图3按照本发明实施例的系统示意图,具有蓄能装置和直流电压供电电路;
图4按照本发明另一实施例的系统示意图,具有蓄能装置和直流电压供电电路; 图5按照本发明另一实施例的系统示意图,具有蓄能装置和直流电压供电电路;
图6按照本发明另一实施例的用于直流电压供电电路的模块控制分支或电桥电路分支的示意图;
图7按照本发明另一实施例的用于由蓄能装置提供直流电压的方法示意图;
图8按照图3至5的按照本发明另一实施例的用
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