具有直流电压供给线路的蓄能装置以及用于由蓄能装置提供直流电的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有直流电压供给线路的蓄能装置以及一种用于由蓄能装置提供直流电压的方法、尤其是向车载电网供给直流电压的电池直接变流器。
【背景技术】
[0002]现在出现这样的情况:在将来不仅在固定的应用情况例如风力发电设备或者太阳能设备中而且在车辆例如混合动力车或者电动车中，越来越多地使用电子系统，所述电子系统将新颖的蓄能技术与电动的驱动技术组合起来。
[0003]将多相电流馈入到电机中，这一般来说通过形式为脉冲逆变器的变流器来实现。为此能够将由直流电压中间电路提供的直流电压逆变为多相的交流电、例如三相的交流电。所述直流电压中间电路在此由一个由串联的电池模块构成的支线来馈电。为了能够满足为相应的应用情况给定的、对功率和能量的要求，经常将多个电池模块串联在牵引用电池中。
[0004]多个电池模块的串联线路随之带来以下问题:如果单个电池模块失灵，那么整条支线就失灵。所述能量供给支线的这样的失灵可能导致总系统的失灵。此外，单个电池模块的暂时或者持久地出现的功率降低在整条能量供给支线中导致功率降低。
[0005]在公开文献US 5，642，275 A1中说明了一种具有集成的逆变器功能的电池系统。这种类型的系统以“Mutillevel Cascaded Inverter”(多电平级联逆变器)或者“BatteryDirect Inverter”(电池直接变流器，BDI)的名称为人所知。这样的系统包括处于多个蓄能模块支线中的直流电源，所述多个蓄能模块支线能够直接连接到电机或者电网上。在此能够产生单相的或者多相的电源电压。所述蓄能模块支线在此具有多个串联的蓄能模块，其中每个蓄能模块都具有至少一个电池单池和一个所分配的、能够控制的耦接单元，所述耦接单元允许根据控制信号来跨接相应所分配的、至少一个电池单池或者将所述相应所分配的、至少一个电池单池转接到所述相应的蓄能模块支线中。在此能够如此设计所述耦接单元，使得其额外地允许也用颠倒的极性将所述相应所分配的、至少一个电池单池转接到所述相应的蓄能模块支线中或者也中断所述相应的蓄能模块支线。通过例如借助于脉宽调制来适当地操控所述耦接单元这种方式，也能够提供合适的、用于控制相输出电压的相信号，从而能够放弃单独的脉冲逆变器。为了控制所述相输出电压所需要的脉冲逆变器由此能够这样说被集成到所述BDI中。
[0006]相对于传统的系统，BDI—般来说具有更高的效率、更高的可靠性以及其输出电压的、明显更低的谐波含量。所述可靠性尤其通过以下方式得到保证:有故障的、失灵的或者不是完全有功能能力的电池单池能够在所述能量供给支线中通过合适的、对于为其分配的耦接单元的操控来跨接。蓄能模块支线的相输出电压能够通过相应的、对于所述耦接单元的操控来改变并且尤其能够分级地调节。所述输出电压的分级在此从单个的蓄能模块的电压中产生，其中所述最大可能的相输出电压通过蓄能模块支线的所有蓄能模块的、电压的总和来确定。
[0007]公开文献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线的电池直接倒相器，所述电池模块支线能够直接连接到电机上。
[0008]在BDI的输出端上不提供恒定的直流电压，因为所述蓄能单池被划分到不同的蓄能模块上并且为了有针对性地产生电压状态而必须操控其耦接装置。通过这种分配，BDI基本上不是作为用于给电动车的车载电网馈电的直流电源来供使用。相应地，对于所述蓄能单池的充电也不能容易地通过传统的直流电源来进行。
[0009]因此存在着对一种具有直流电压供给线路的蓄能装置以及一种用于运行所述蓄能装置的方法的需求，用所述蓄能装置和所述方法能够从所述蓄能装置中向直流电压用户馈给直流电压或者能够将直流电充电线路联结到所述蓄能装置上。
【发明内容】
[0010]按照一个方面，本发明提供一种具有蓄能装置和直流电压供给线路的系统，其中所述蓄能装置具有至少两个能量供给分支，所述能量供给分支在第一输出端上分别与所述蓄能装置的输出接头耦接以用于在所述输出接头上产生交流电压并且在第二输出端上与共同的汇流排耦接，其中所述能量供给分支中的每个能量供给分支都具有多个串联的蓄能模块。所述蓄能模块分别包括具有至少一个蓄能单池的蓄能单池模块以及具有由耦接元件构成的耦接桥路的耦接装置，其中所述耦接元件被设计用于:选择性地将所述蓄能单池模块转接到相应的能量供给分支中或者在所述能量供给分支中绕开所述蓄能单池模块。所述直流电压供给线路具有:具有多个第一馈线接头的桥路，所述第一馈电接头分别与所述蓄能装置的输出接头中的一个输出接头耦接；两个馈电节点，所述两个馈线节点中至少一个馈电节点与所述桥路耦接；以及模块分接线路，该模块分接线路具有至少一个具有整流二极管的模块切换分支，其中所述至少一个模块切换分支中的每个模块切换分支都将在所述能量供给分支中的一个能量供给分支的两个蓄能模块之间的耦接节点以能够切换的方式与馈电节点连接起来。
[0011]按照另一个方面，本发明提供一种用于从按照所述第一方面的、按照本发明的系统中提供直流电压的方法，该方法具有以下步骤:获取能量供给分支在所述蓄能装置的输出接头处的输出电压；以切换的方式将在所述能量供给分支Z中的一个能量供给分支的两个蓄能模块之间的耦接节点与没有与所述能量供给装置的汇流排连接的馈电节点耦接，或者以切换的方式将在所述能量供给分支Z的一个能量供给分支的两个蓄能模块之间的第一耦接节点与所述第一馈电节点耦接，并且以切换的方式将在所述能量供给分支Z中的一个能量供给分支的两个蓄能模块之间的第二耦接节点与所述第二馈电节点耦接，如果所述两个馈电节点中没有馈线节点与所述能量供给装置的汇流排连接的话-有利地首先如果所获取到的输出电压小于单个蓄能模块的最大输出电压的话；以下述方式运行处于所述蓄能装置的耦接节点与汇流排之间的蓄能模块，即始终至少在所述耦接节点中的一个耦接节点上存在一种电位，该电位至少与所述汇流排的电位相差了蓄能模块的最大输出电压；并且以下述方式调节所述能量供给分支中的每个能量供给分支的其余的蓄能模块的输出电压，即能量供给分支在所述蓄能装置的输出接头处的总输出电压相当于在第一步骤中所获取到的输出电压。
[0012]本发明的构思是，设置了一种用于构造为模块结构的蓄能装置、尤其是电池直接变流器的输出端的线路，用该线路能够在所述用于操控电机的蓄能装置的运行过程中提供用于直流电压用户、例如用电来运行的车辆的车载电网的直流变压器的运行的直流电压。为此规定，将二极管-桥路联结到所述蓄能装置的输出接头上，借助于所述二极管-桥路能够在所述输出接头上截取直流电压。同时，模块分接线路用于将直流电压选择性地从所述蓄能模块的、所选出的部分中输出给所述直流电压用户。
[0013]在此，特别有利的是，始终存在着另一种例如用于从所述蓄能装置中给车载电网的中间电路电容器馈电的直流电压状态，不论刚好在何种运行状态中运行所述蓄能装置。尤其在所述蓄能装置的、较低的总输出电压低于一个单个的蓄能模块的输出电压时，能够利用所述模块分接线路，用于能够用完全的模块输出电压来运行所述蓄能模块的所截取的部分并且就这样能够提供用于所述直流电压用户的直流电压。所述蓄能装置的总输出电压由此没有受到影响，因为能够相应地反极地切换其余的蓄能模块，用于能够对所述蓄能模块的、所截取的部分的输出电压进行补偿。
[0014]这种模块分接线路的另一优点在于，充电线路例如能够由用电来运行的车辆中的续驶里程放大器(Reichweitenvergr5fierer)与所述直流电压用户串联地親接，并且也能够在所述蓄能装置的供给运行的过程中将用于给所述蓄能单池充电的能量至少馈入到所述通过模块分接线路来联结的蓄能模块中。而后能够通过一种电压平衡方法在所述能量供给分支之内将充电能量重新分布到所述蓄能模块的所有蓄能单池上。
[0015]按照所述按本发明的系统的一种实施方式，所述系统此外能够包括直流变压器，该直流变压器被耦接在所述第一馈电节点与所述第二馈电节点之间。在此，按照一种实施方式，所述直流变压器能够包括升压转换器或者正向转换器(Durchflusswandler)。
[0016]按照所述按本发明的系统的另一种实施方式，所述直流电压供给线路能够具有两个充电线路接头和一个充电线路，所述充电线路通过所述两个充电线路接头与所述直流变压器串联地耦接，并且所述充电线路被设计用于:提供用于所述蓄能装置的蓄能单池模块的充电直流电压。
[0017]按照所述按本发明的系统的另一种实施方式，所述桥路能够具有多个第一桥切换分支，所述第一桥切换分支则具有二极管或者一个由二极管与桥耦接开关构成的串联线路，所述第一桥切换分支分别被耦接在所述第一馈电节点与所述多个第一馈电接头之一之间。
[0018]按照所述按本发明的系统的另一种实施方式，所述桥路能够具有多个第二馈电接头，所述第二馈电接头分别与所述蓄能装置的输出接头之一耦接。
[0019]按照所述按本发明的系统的另一种实施方式，所述桥路能够具有