具有直流電壓供電電路的蓄能裝置和用于從蓄能裝置提供直流電壓的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有直流電壓供電電路的蓄能裝置以及一種用于從蓄能裝置提供直流電壓的方法、尤其一種電池直接逆變器，該電池直流逆變器以直流電壓供電車載電網(wǎng)。
【背景技術(shù)】
[0002]已經(jīng)越來越顯示出，未來不僅在固定的應(yīng)用中、例如風(fēng)力設(shè)備或太陽能設(shè)備中，而且在機(jī)動車、例如混合動力車或者電動汽車中越來越多地使用電子系統(tǒng)，它們使新型蓄能技術(shù)與電驅(qū)動技術(shù)組合。
[0003]—般通過脈沖逆變器形式的逆變器實現(xiàn)饋送多相電流到電機(jī)里面。為此可以將由直流電壓中間回路提供的直流電壓轉(zhuǎn)換成多相交流電壓、例如三相交流電壓。在此直流電壓中間回路由串聯(lián)的電池模塊組成的支路供電。為了可以滿足對于各自的應(yīng)用給出對于功率和能量的需求，經(jīng)常在牽引電池里面串聯(lián)多個電池模塊。
[0004]多個電池模塊的串聯(lián)隨之帶來問題，當(dāng)單個電池模塊失效時，這個支路失效。供能支路的這種失效可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)失效。此外暫時或持久出現(xiàn)的單一電池模塊的功率最小化可能導(dǎo)致在整個供能支路中功率減小。
[0005]在文獻(xiàn)US5,642,275 A1中描述了一種具有組合的逆變器功能的電池系統(tǒng)。這種形式的系統(tǒng)以名稱]Multilevel Cascaded Inverter或者Battery Direct Inverter(電池直接逆變器，BDI)所公知。這些系統(tǒng)包括在多個蓄能模塊支路中的直流源，它們可以直接連接在電機(jī)或者電網(wǎng)上。在此可以產(chǎn)生單相或多相的供電電壓。在此蓄能模塊支路具有許多串聯(lián)的蓄能模塊，其中每個蓄能模塊具有至少一蓄能電池和從屬的可控的耦合單元，該耦合單元允許，根據(jù)控制信號分別搭接從屬的至少一蓄能電池，或者分別接通從屬的至少一蓄能電池到各自的蓄能模塊支路里面。在此可以這樣構(gòu)成耦合單元，使它附加地允許，從屬的至少一蓄能電池分別也以可逆的極性接通到各自的蓄能模塊支路里面或者也中斷各自的蓄能模塊支路。通過適合地控制耦合單元，例如借助于脈寬調(diào)制也可以通過適合的相位信號，用于控制相輸出電壓，由此可以省去獨(dú)立的脈沖逆變器。因此可以說，用于控制相輸出電壓所需的脈沖逆變器組合到BDI里面。
[0006 ]與常見的系統(tǒng)相比，BDI —般具有更高的效率、更高的可靠性和明顯更低的其輸出電壓的相對諧波含量。尤其由此保證可靠性，通過適合地控制附屬于蓄能電池的耦聯(lián)單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電池。供能模塊支路的相輸出電壓可以通過相應(yīng)的控制耦聯(lián)單元改變并且尤其分級地調(diào)整。在此輸出電壓的分級由單個蓄能模塊的電壓給出，其中通過一個蓄能模塊支路的所有蓄能模塊的電壓總和確定最大可能的相輸出電壓。
[0007]文獻(xiàn)DE 10 2010 027 857 A1 和DE 10 2010 027 861 A1 例如公開了具有多個電池模塊支路的電池直接逆變器，它們可以直接連接在電機(jī)上。
[0008]在BDI的輸出上不提供恒定的直流電壓，因為蓄能電池分布在不同的蓄能模塊上并且為了產(chǎn)生電壓必需有目的地控制器耦聯(lián)裝置。由于這種分布BDI基本不作為直流電壓源，例如為電動車的車載電網(wǎng)供電。因此也不能容易地通過常見的直流電壓源充電蓄能電池。
[0009]因此存在需求，具有直流電壓供電電路的蓄能裝置和運(yùn)行該蓄能裝置的方法，通過它們可以由蓄能裝置以直流電壓供電直流電壓用電器，或者說可以耦聯(lián)直流電壓充電電路在蓄能裝置上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明按照一個方面實現(xiàn)一種具有蓄能裝置和直流電壓供電電路的系統(tǒng)，其中所述蓄能裝置具有至少兩個供能分支，這些分支在第一輸出上分別與蓄能裝置的至少一輸出端子耦聯(lián)，用于在輸出端子上產(chǎn)生交流電壓，并且在第二輸出上與公共的匯流排耦聯(lián)，其中每個供能分支具有許多串聯(lián)的蓄能模塊。所述蓄能模塊分別包括一個具有至少一蓄能電池的蓄能電池模塊，和一個具有由耦聯(lián)部件組成的耦聯(lián)電橋電路的耦聯(lián)裝置，其中所述耦聯(lián)部件設(shè)計成，使所述蓄能電池模塊選擇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。所述直流電壓供電電路具有一個具有許多第一饋電端子的電橋電路，這些端子分別與蓄能裝置的輸出端子的一個端子耦聯(lián)，該直流電壓供電電路還具有兩個饋電節(jié)點，其中至少一節(jié)點與電橋電路耦聯(lián)，并且具有一個模塊引出電路，該電路具有至少兩個具有整流二極管的模塊控制分支，其中一個模塊控制分支使一個供能分支的至少一蓄能模塊的蓄能電池模塊的第一輸入端子可通斷地與第一饋電節(jié)點連接，并且另一模塊控制分支使至少一蓄能模塊的蓄能電池模塊的第二輸入端子與第二饋電節(jié)點連接。
[0011]按照另一方面本發(fā)明實現(xiàn)一種方法，用于由按照第一方面的按照本發(fā)明的系統(tǒng)提供直流電壓，具有步驟，獲得蓄能裝置的輸出端子上的供能分支的輸出電壓，并且如果獲得的輸出電壓小于單個蓄能模塊的最大輸出電壓，可通斷地耦聯(lián)供能分支的至少一蓄能模塊的蓄能電池模塊的第一輸入端子與第一饋電節(jié)點，并且可通斷地耦聯(lián)至少一蓄能模塊的蓄能電池模塊的第二輸入端子與第二饋電節(jié)點。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點
本發(fā)明的思想是，提供一種用于模塊化構(gòu)成的蓄能裝置、尤其是電池直接逆變器的輸出的電路，通過該電路在用于控制電機(jī)的蓄能裝置運(yùn)行期間可以對于直流電壓用電器、例如電運(yùn)行的機(jī)動車的車載電網(wǎng)的直流電壓變換器的運(yùn)行提供直流電壓。為此規(guī)定，一個二極管電橋電路耦聯(lián)在蓄能裝置的輸出端子上，借助于該電橋電路可以在輸出端子上截取直流電壓。同時一個模塊引出電路用于，選擇性地由單個蓄能模塊在直流電壓用電器上取出直流電壓。
[0013]在此特別有利的是，由蓄能裝置總是存在另一直流電壓水平，例如用于饋電車載電網(wǎng)的中間回路電容器，無論在哪個運(yùn)行狀態(tài)所述蓄能裝置都正好運(yùn)行。尤其在蓄能裝置微小的總輸出電壓時，該輸出電壓低于單個蓄能模塊的輸出電壓，可以利用模塊引出電路，用于截取單個蓄能模塊的輸入電壓并且選擇性地饋入到直流電壓用電器。
[0014]這個模塊引出電路的另一優(yōu)點是，例如在電運(yùn)行的機(jī)動車中的行駛范圍放大器的充電電路可以與直流電壓用電器串聯(lián)，并且至少也可以在蓄能裝置供電運(yùn)行期間饋入用于充電蓄能電池的能量到通過模塊引出電路耦聯(lián)的蓄能模塊里面。
[0015]按照本發(fā)明的系統(tǒng)的實施例，至少一模塊控制分支中的至少一模塊控制分支附加地對于整流二極管具有與這個整流二極管串聯(lián)的模塊耦聯(lián)開關(guān)。
[0016]按照本發(fā)明的系統(tǒng)的實施例，所述系統(tǒng)還可以包括一個直流電壓變換器，該變換器耦聯(lián)在第一饋電節(jié)點與第二饋電節(jié)點之間。在此按照一實施例，所述直流電壓變換器可以具有升壓斬波器或者通流變換器。
[0017]按照本發(fā)明的系統(tǒng)的另一實施例，所述直流電壓供電電路可以具有兩個充電電路端子和一個充電電路，該充電電路通過兩個充電電路端子與直流電壓變換器串聯(lián)或者直接耦聯(lián)在饋電節(jié)點上，并且其中所述充電電路設(shè)計成，對于蓄能裝置的蓄能電池模塊提供充電直流電壓。
[0018]按照本發(fā)明的系統(tǒng)的另一實施例，所述電橋電路可以具有許多第一電橋電路分支，該分支具有二極管或由二極管和橋式耦合開關(guān)組成的串聯(lián)電路，這些電橋電路分支分別耦聯(lián)在與電橋電路連接的饋電節(jié)點與許多第一饋電端子或第二饋電端子中的一個饋電端子之間。
[0019]按照本發(fā)明的系統(tǒng)的另一實施例，所述電橋電路可以具有另一第一饋電端子或另一第二饋電端子，該饋電端子與匯流排連接。
[0020]按照本發(fā)明的系統(tǒng)的另一實施例，所述電橋電路不僅可以具有許多第一饋電端子，而且具有許多第二饋電端子，這些端子分別與蓄能裝置的輸出端子或匯流排耦聯(lián)。
[0021]按照本發(fā)明的系統(tǒng)的另一實施例，所述電橋電路可以具有另一電橋電路分支，該分支使另一第一饋電端子或另一第二饋電端子與兩個饋電節(jié)點的那個節(jié)點連接，該饋電節(jié)點通過電橋電路與第一饋電端子或者與第二饋電端子連接。
[0022]按照本發(fā)明的系統(tǒng)的另一實施例，所述電橋電路可以具有許多第一電橋電路分支和許多第二電橋電路分支，它們分別具有二極管或由二極管和橋式耦合開關(guān)組成的串聯(lián)電路，其中第一電橋電路分支分別接通在許多第一饋電端子之一與第一饋電節(jié)點之間，并且第二電橋電路分支分別接通在許多第二饋電端子之一與第二饋電節(jié)點之間。
[0023]按照本發(fā)明的系統(tǒng)的另一實施例，所述模塊控制分支使供能分支的位于匯流排最近的蓄能模塊的蓄能電池模塊可通斷地與第一或第二饋電節(jié)點連接。
[0024]按照本發(fā)明的系統(tǒng)的另一實施例，所述系統(tǒng)還可以具有η相電機(jī)，具有η相端子，該電機(jī)與蓄能裝置的輸出端子耦聯(lián)，其中1。
[0025]按照本發(fā)明的另一實施例，所述η相電機(jī)可以具有從電機(jī)引出來的繞組星點。此外這個繞組星點可以與蓄能裝置的匯流排連接。這在兩相電機(jī)(η=2)中是特別有利的。
【附圖說明】
[0026]本發(fā)明實施例的其它特征和優(yōu)點由下面借助于附圖的描述給出。
[0027]附圖示出:
圖1具有蓄能裝置的系統(tǒng)示意圖；
圖2蓄能裝置的蓄能模塊的示意圖；
圖3按照本發(fā)明實施例的系統(tǒng)示意圖，具有蓄能裝置和直流電壓供電電路；
圖4按照本發(fā)明另一實施例的系統(tǒng)示意圖，具有蓄能裝置和直流電壓供電電路； 圖5按照本發(fā)明另一實施例的系統(tǒng)示意圖，具有蓄能裝置和直流電壓供電電路；
圖6按照本發(fā)明另一實施例的用于直流電壓供電電路的模塊控制分支或電橋電路分支的示意圖；
圖7按照本發(fā)明另一實施例的用于由蓄能裝置提供直流電壓的方法示意圖；
圖8按照圖3至5的按照本發(fā)明另一實施例的用