用于為儲能器充電的系統和用于運行該充電系統的方法技術方案

本發明專利技術涉及一種用于為可控的儲能器（2）中的至少一個儲能器單元（5）充電的系統，所述儲能器用于對n相電機（1）進行控制和電能量供給，其中n≥1。在此，可控的儲能器（2）具有n個并行的能量供給分支（3－1、3－2、3－3），所述能量供給分支分別具有至少兩個串聯的儲能器模塊（4），所述儲能器模塊分別包括至少一個具有所分配的可控的耦合單元（6）的電儲能器單元（5），在一側與參考匯流排（T-）連接，并且在另一側分別與電機（1）的相（U、V、W）連接。所述耦合單元（6）根據控制信號中斷相應的能量供給分支（3-1，3-2；3-3）或者所述耦合單元（6）跨接分別所分配的儲能器單元（5）或者所述耦合單元（6）將分別所分配的儲能器單元（5）接到相應的能量供給分支（3－1，3－2；3－3）中。可控的儲能器（2）的能量供給分支（3－1，3－2，3－3）和電機（1）的相（U、V、W）經由可控的n相雙向整流器單元（9）與直流電壓中間回路（10）連接。可控的儲能器（2）的參考匯流排（T-）與直流電壓中間回路（10）的參考匯流排（B）連接。直流電壓中間回路（10）能與充電裝置（12）電連接。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種用于為儲能器充電的系統和一種用于運行該充電系統的方法。
技術介紹
呈現出，在未來既在例如風力發電設備的靜止應用中也在如混合動力車輛或電動車輛的車輛中越來越多地采用將新的儲能技術與電驅動技術相組合的電子系統。在常規應用中，例如實施為感應式電機的電機經由逆變器形式的變換器被控制。對于這種系統表征性的是所謂的直流電壓中間回路，儲能器、一般是電池經由該直流電壓中間回路連接到逆變器的直流電壓側。為了能夠滿足針對相應的應用所給出的對功率和能量的要求，將多個電池單元串聯。因為由這種儲能器提供的電流必須流經所有的電池單元并且一個電池單元僅能傳導有限的電流，常常附加地并聯電池單元，以便提高最大電流。多個電池單元的串聯除了高的總電壓以外隨之帶來如下問題，即當唯一的電池單元失靈時，整個儲能器失靈，因為于是電池電流不再能夠流動。儲能器的這種失靈可以導致總系統的失靈。在車輛中，驅動電池的失靈可能導致車輛“卡住”。在其他應用中，例如風力發電設備的轉子葉片調整，可能在不利的框架條件、例如強風的情況下甚至發生危及安全的狀況。因此應始終致力于儲能器的高可靠性，其中用“可靠性”來表示系統在預先給定的時間內無故障工作的能力。在優先的申請DE 10 2010 027857和DE 10 2010 027861中描述了具有多個電池模塊支路的電池，這些電池模塊支路可直接連接到電機上。電池模塊支路在此具有多個串聯的電池模塊，其中每個電池模塊具有至少一個電池單元和所分配的可控的耦合單元，該耦合單元允許根據控制信號中斷相應的電池模塊支路或者跨接分別分配的至少一個電池單元或者將分別分配的至少一個電池單元接到相應的電池模塊支路中。通過例如借助于脈寬調制適當地操控耦合單元，還可以提供用于控制電機的適當的相信號，使得可以放棄單獨的脈沖逆變器。控制電機所需的脈沖逆變器因此可以說被集成到電池中。出于公開的目的，這兩個優先的申請全面地結合到本申請中。
技術實現思路
本專利技術提出一種用于為可控的儲能器中的至少一個儲能器單元充電的系統，所述儲能器用于對η相電機進行控制和電能量供給，其中η > I。在此，可控的儲能器具有η個并行的能量供給分支，所述能量供給分支分別具有至少兩個串聯的儲能器模塊，所述儲能器模塊分別包括至少一個具有所分配的可控的耦合單元的電儲能器單元。所述能量供給分支在一側能與參考電勢——在下面稱為參考匯流排——連接，并且在另一側分別與電機的相連接。所述耦合單元根據控制信號要么中斷能量供給分支要么所述耦合單元跨接分別所分配的儲能器單元要么所述耦合單元將分別所分配的儲能器單元接到能量供給分支中。可控的儲能器的能量供給分支和電機的相能經由可控的η相雙向整流器單元與直流電壓中間回路連接。可控的儲能器的參考匯流排能與直流電壓中間回路的參考匯流排連接。為了使得能夠給儲能器單元中的至少一個充電，直流電壓中間回路能與充電裝置電連接。本專利技術還提出一種用于運行本專利技術的充電系統的方法，其中對于直流電壓中間回路中的電壓水平高于要充電的儲能器單元的電壓水平的情況，將充電裝置連接到直流電壓中間回路上。在充電階段中，分配給要充電的儲能器單元的所有耦合單元被控制為，使得分別所分配的儲能器單元被接到能量供給分支中。位于要充電的儲能器單元的能量供給分支中、但是本身不分配給要充電的儲能器單元的所有耦合單元被控制為，使得分別所分配的儲能器單元被跨接。所有其余的耦合單元被控制為，使得相應的能量供給分支被中斷。此外，可控的雙向整流器單元的、布置在與可控的儲能器的能量供給分支連接的整流器分支中的至少一個可控的高側開關被閉合，其中所述能量供給分支不具有要充電的儲能器單元。在充電階段后面的空轉階段中，分配給要充電的儲能器單元的所有耦合單元被控制為，使得分別所分配的儲能器單元被接到能量供給分支中。位于要充電的儲能器單元的能量供給分支中、但是本身不分配給要充電的儲能器單元的所有耦合單元被控制為，使得分別所分配的儲能器單元被跨接。所有其余的耦合單元被控制為，使得相應的能量供給分支被中斷，以及可控的雙向整流器單元的可控的高側開關被斷開。如果電機可與可控的儲能器脫耦或分離，則也可以在充電階段期間閉合可控的雙向整流器單元的任意的可控的高側開關。本專利技術此外提出一種用于運行本專利技術的充電系統的方法，其中對于直流電壓中間回路中的電壓水平低于要充電的儲能器單元的電壓水平的情況，將充電裝置連接到直流電壓中間回路上。在充電階段中，位于要充電的儲能器單元的能量供給分支中的所有耦合單元被控制為，使得分別所分配的儲能器單元被跨接。所有其余的耦合單元被控制為，使得相應的能量供給分支被中斷。此外，可控的雙向整流器單元的、布置在與可控的儲能器的能量供給分支連接的整流器分支中的至少一個可控的高側開關被閉合，其中所述能量供給分支不具有要充電的儲能器單元。在充電階段后面的空轉階段中，分配給要充電的儲能器單元的所有耦合單元被控制為，使得分別所分配的儲能器單元被接到能量供給分支中。位于要充電的儲能器單元的能量供給分支中、但是本身不分配給要充電的儲能器單元的所有耦合單元被控制為，使得分別所分配的儲能器單元被跨接。所有其余的耦合單元被控制為，使得相應的能量供給分支被中斷，以及可控的雙向整流器單元的可控的高側開關被閉合。如果電機可與可控的儲能器脫耦或分離，則也可以在充電階段期間在該方法的情況下閉合可控的雙向整流器單元的任意的可控的高側開關。本專利技術的優點 本專利技術所基于的基本構思是，將整流器單元實施為可控的和雙向的，并且一方面與耦合單元和另一方面與電機的定子繞組共同地一起使用該整流器單元用于充電功能。對于在將充電裝置連接到直流電壓中間回路上之后直流電壓中間回路中的電壓水平高于要充電的儲能器單元的電壓水平的情況，通過如下方式實現所需的降壓調節器功能，即將構造為橋式整流器的整流器單元的高側開關和定子繞組在充電過程期間以類似于降壓調節器的方式來運行。在此，在充電階段中將能量輸送給定子繞組并且存儲在那里，所述能量隨后在空轉階段中輸出給要充電的儲能器單元。所需的降壓比通過相應地脈沖式地、尤其是脈寬調制地操控整流器單元的至少一個高側開關來調整。對于在將充電裝置連接到直流電壓中間回路上之后直流電壓中間回路中的電壓水平低于要充電的儲能器單元的電壓水平的情況，所需的升壓調節器功能可以通過如下方式實現，即分配給要充電的儲能器單元的耦合單元和定子繞組與升壓調節器類似地被運行，其中能量被輸送給定子繞組并且存儲在那里，所述能量接著在空轉階段中被輸出給要充電的儲能器單元。所需的升壓比在此通過相應地脈沖式地、尤其是脈寬調制地操控分配給要充電的儲能器單元的耦合單元來調整。在此分別僅產生最小的附加的硬件耗費，這隨之帶來小的成本和小的位置需求。此外，可以利用本專利技術的系統必要時也為在直流電壓中間回路中存在的其他儲能器充電。利用本專利技術的系統和本專利技術的方法，既可以為單個儲能器模塊的儲能器單元充電，也可以同時為多個儲能器模塊的儲能器單元充電。在多相電機的情況下也可以同時對位于不同的能量供給分支中的儲能器模塊的儲能器單元充電。但是在此要考慮，在電機的運行期間，僅能同時地為η-1個能量供給分支中的儲能器單元充電。但是，通過電機的脫耦和設置附加的充電電感，也可以同時為所有能量供給分本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.09.20 DE 102010041068.31.于為可控的儲能器(2)中的至少一個儲能器單元(5)充電的系統，所述儲能器用于對η相電機(I)進行控制和電能量供給，其中n≥ 1，其中 一可控的儲能器(2)具有η個并行的能量供給分支(3 - 1、3 - 2、3 — 3)，所述能量供給分支 分別具有至少兩個串聯的儲能器模塊(4)，所述儲能器模塊分別包括至少一個具有所分配的可控的耦合單元(6 )的電儲能器單元(5 )， 在一側能與參考匯流排(Τ-)連接，并且 在另一側能分別與電機(I)的相(U、V、W)連接， -所述耦合單元(6)根據控制信號中斷相應的能量供給分支(3-1，3-2 ;3-3)或者跨接分別所分配的儲能器單元(5)或者將分別所分配的儲能器單元(5)接到相應的能量供給分支(3 — 1、3 — 2 ；3 — 3)中， -可控的儲能器(2)的能量供給分支(3 - 1、3 - 2、3 - 3)和電機(I)的相(U、V、W)能經由可控的η相的雙向整流器單元(9)與直流電壓中間回路(10)連接， -可控的儲能器(2)的參考匯流排(Τ-)能與直流電壓中間回路(10)的參考匯流排(B)連接，以及 -直流電壓中間回路(10)能與充電裝置(12)電連接。2.根據權利要求1的系統，其中可控的雙向整流器單元(9)被構造為橋式整流器。3.根據權利要求2的系統，其中整流器單元(9)包括η個并行的整流器分支(20-1、20-2、20-3)，這些整流器分支能分別與能量供給分支(3 -1 ；3 - 2 ；3 - 3)和電機(I)的所屬的相(U ;V;W)連接并且分別具有至少一個可控的高側開關(22-11 ；22-21 ;22_31)。4.根據權利要求1至3之一的系統，其中在整流器單元(9)與可控的儲能器(2)之間能接入附加的充電電感(50-1、50-2、50-3 )。5.根據權利要求4的系統，其中設置隔離單元(51)，通過該隔離單元能將電機(I)在充電過程期間與可控的儲能器(2)分離。6.關于運行根據權利要求3或4之一的充電系統的方法，其中 -將充電裝置(12)連接到直流電壓中間回路(10)上，其中直流電壓中間回路(10)中的電壓水平高于要充電的儲能器單元(5-31)的電壓水平， -在充電階段中 分配給要充電的儲能器單元(5-31)的所有耦合單元(6-31)被控制為，使得分別所分配的儲能器單元(5-31)被接到能量供給分支(3-3)中， 位于要充電的儲能器單元(5-31)的能量供給分支(3-3)中、但是本身不分配給要充電的儲能器單元(5)的所有耦合單元(6-32至6-3m)被控制為，使得分別所分配的儲能器單元(5-32至5-3m)被跨接， 所有其余的耦合單元(6)被控制為，使得相應的能量供給分支(3-1、3-2)被中斷，以及 可控的雙向整流器單元(9)的、布置在與可控的儲能器(2)的能量供給分支(3-1)連接的整流器分支(20-1)中的至少一個可控的高側開關(22-11)被閉合，其中所述能量供給分支不具有要充電的儲能器單元(5 )， -在充電階段后面的空轉階段中 分配給要充電的儲能器單元(5-31)的所有耦合單元(6-31)被控制為，使得分別所分配的儲能器單元(5-31)被接到能量供給分支(3-3)中， 位于要充電的儲能器單元(5-31)的能量供給分支(3-3)中、但是本身不分配給要充電的儲能器單元(5)的所有耦合單元(6-32至6-3m)被控制為，使得分別所分配的儲能器單元(5-32至5-3m)被跨接， 所有其余的耦合單元(6)被控制為，使得相應的能量供給分支(3-1、3-2)被中斷，以及 可控的雙向整流器單元(9)的可控的高側開關(22-11、22-21、22-31)被斷開。7.關于運行根據權利要求5的充電系統的方法，其中 -將充電裝置(12)連接到直流電壓中間回路(10)上，其中直流電壓中間回路(10)中的電壓水平高于要充電的儲能器單元(5-31)的電壓水平， -在充電階段中 分配給要充電的儲...

【專利技術屬性】
技術研發人員：P福伊爾施塔克，E魏森博恩，
申請(專利權)人：羅伯特·博世有限公司，
類型：
國別省市：